Что такое мшу в связи

МШУ (Малошумящий усилитель)

МШУ (Малошумящий усилитель) – устройство, входящее в состав базовой станции (БС) и используемое для повышения чувствительности приемника в восходящем направлении UL (Uplink). За рубежом применяются термины Tower Mounted Amplifier (ТМА) или Mast Head Amplifier (MHA), в дословном переводе обозначающие «усилитель, устанавливаемый на верху башни». Они вполне точно отражают место установки данного устройства и показывают его отличие от других усилителей, используемых в приемном тракте базовой станции. Рассмотрим основное назначение, и причины установки МШУ в непосредственной близости от антенн.

Как известно, передатчик телефона обладает гораздо меньшей излучаемой мощностью, чем базовая станция. В связи с этим в сложных условиях, при значительном удалении абонента от обслуживающей БС сигнал оказывается сильно ослабленным и зашумленным помехами. Для борьбы с затуханием в UL достаточно часто применяют разнесенный прием, который позволяет собрать больше энергии принимаемого сигнала, чем в антенно-фидерных системах с одной антенной. Однако достаточно часто антенны устанавливаются на значительном удалении от приемопередатчиков BTS (например на башенных или мачтовых сооружениях). В связи с этим длина фидеров может достигать более 100 метров. Это может привести к значительным потерям принимаемого сигнала в АФУ, даже с использованием разнесенного приема. Особенно заметны потери на затухание сигнала в системах сотовой связи, работающих в диапазонах свыше 1500 МГц, что обусловлено низкой проникающей способностью высокочастотных радио сигналов. Таким образом, сигнал, принятый антенной с допустимым уровнем, во время прохождения по фидеру затухает еще больше (иногда в несколько раз) и к приемопередатчику уже поступает слишком ослабленным для нормального приема и часть полезной информации может быть потеряна. Наиболее очевидным способом избавиться от указанной выше проблемы является усиление сигнала непосредственно после его приема из радио эфира и перед передачей его через фидер. Эта задача и возложена на МШУ.

Малошумящим данный усилитель назван потому, что он выполняется с основным требованием – вносить как можно меньше помех в усиливаемый сигнал. Это достигается за счет использования высококачественных и дорогостоящих материалов, а также сложных схем шумоподавления.

Как уже отмечалось выше МШУ устанавливается в непосредственно близости от антенн, однако, как и любой другой усилитель, он требует внешнего электропитания. Также необходимо обеспечение каналов управления и сигнализации. Однако для этого пришлось бы прокладывать кабель питания большой протяженности и дополнительно обеспечивать линии связи для передачи сигнализации. Это привело бы к значительному увеличению стоимости установки дистанционной системы усиления. Для того, чтобы уменьшить затраты обычно используют схему когда и питание, и сигналы управления (аварий) передаются непосредственно по фидерной системе вместе с основным высокочастотным сигналом. Это становится возможным из-за достаточно большого сечения самих фидеров и низкого уровня питающего напряжения (порядка нескольких вольт) для МШУ. Чтобы организовать данную систему в БС на фидеры устанавливаются так называемые инжекторы, которые «подмешивают» питающее напряжение и сигнализацию. Передаваемые напряжение и сигналы управления принимаются на выходе фидера самим МШУ.

Применение МШУ позволяет добиться целого набора преимуществ:

1. Уменьшает число ошибочно принятых пакетов, что, в конечном счете, приводит к улучшению показателей работы системы: снижению числа отбоев, повторных передач, вынужденных хэндоверов и т.п.

2. Увеличивает качество соединения, а это, в свою очередь, приводит к улучшению качества голосовых соединений и увеличению скорости передачи данных.

3. Увеличивает время работы телефона в сети между зарядками аккумулятора. Это достигается из-за того что телефон может передавать сигнал на меньшей мощности и не тратить лишнюю энергию на хэндоверы и повторную передачу.

4. Расширяет радио покрытие, т.к. основным фактором, определяющим границы соты, является именно зона где БС еще может нормально принять сигнал от базовой станции. Тогда как у БС гораздо больше возможности по варьированию мощностью передачи в радиоэфир.

Однако МШУ (ТМА, MHA) не являются панацеей во всех случаях. Главной областью их применения остаются АФУ (антенно-фидерное устройство) с длинными фидерами и работающие в высоких частотных диапазонах. В системах с коротким фидером МШУ даже могут навредить, т.к. могут послужить причиной дополнительных помех. Таким образом, целесообразность использовании МШУ определяется в каждом конкретном случае.

При использовании материалов ссылка на сайт обязательна

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Связь

Примером может служить линия питания, сделанная из коаксиального кабеля RG-174 длиной 10 футов (3,0 м) и используемая с приемником глобальной системы позиционирования (GPS). Потери в этой линии подачи 3,2 дБ при 1 ГГц ; примерно 5 дБ на частоте GPS ( 1,575 42 ГГц ). Этих потерь в линии питания можно избежать, разместив на антенне малошумящий усилитель, обеспечивающий достаточное усиление для компенсации потерь.

Соображения по дизайну

Малошумящие усилители являются строительными блоками систем и инструментов связи. Наиболее важные характеристики или атрибуты LNA:

Хороший LNA имеет низкий NF (например, 1 дБ ), достаточного усиления для усиления сигнала (например, 10 дБ ) и достаточно большой точкой интермодуляции и сжатия (IP3 и P1dB), чтобы выполнять требуемую работу. Дополнительные характеристики: рабочая полоса пропускания LNA, равномерность усиления, стабильность, коэффициент стоячей волны входного и выходного напряжения (VSWR).

Прирост

Вообще говоря, в конструкции МШУ используются две категории моделей транзисторов: модели слабого сигнала используют квазилинейные модели шума, а модели большого сигнала учитывают нелинейное смешение.

Применяемая величина усиления часто является компромиссом. С одной стороны, высокое усиление делает слабые сигналы сильными. С другой стороны, высокое усиление означает сигналы более высокого уровня, и такие сигналы высокого уровня с высоким усилением могут превышать динамический диапазон усилителя или вызывать другие типы шума, такие как гармонические искажения или нелинейное смешение.

Коэффициент шума

Коэффициент шума помогает определить эффективность конкретного МШУ. Пригодность LNA для конкретного приложения обычно зависит от его коэффициента шума. Как правило, низкий коэффициент шума обеспечивает лучший прием сигнала.

Импеданс

Смещение

Приложения

В системе спутниковой связи приемная антенна наземной станции использует LNA, потому что принимаемый сигнал слабый, поскольку спутники имеют ограниченную мощность и, следовательно, используют маломощные передатчики. Спутники также удалены и страдают от потери траектории : спутники на низкой околоземной орбите могут находиться на расстоянии 120 миль (190 км); Геосинхронный спутник находится 22,236 миль (35785 км) от отеля.

МШУ усиливает антенный сигнал, чтобы преодолеть потери в линии питания между антенной и приемником.

LNA могут повысить производительность систем приемников программно-определяемого радио (SDR). SDR обычно предназначены для общего назначения, и поэтому коэффициент шума не оптимизирован для какого-либо конкретного приложения. С LNA и подходящим фильтром производительность улучшается в диапазоне частот.

Источник

Широкополосные малошумящие усилители VHF–C-диапазона частот

Введение

Малошумящие усилители играют важнейшую роль в приемных модулях. Как критическому компоненту в широко­полосных приемниках, МШУ необходимо иметь широкую полосу рабочих частот, низкий коэффициент шума, высокий коэффициент усиления с низкой неравномерностью по частоте. В современной радиоэлектронной аппаратуре СВЧ-диапазона широкое применение нашли МШУ на GaAs ПТШ.

В условиях жесткой конкуренции на международном рынке высокотехнологичной продукции и сильной зависимости радиоэлектронной отрасли от ЭКБ зарубежного производства, в России была запущена программа импортозамещения. АО «НПП «Исток» им. Шокина» был исполнителем в работе, целью которой явилась разработка и освоение производства МШУ VHF-С‑диапазона частот.

В рамках выполненной работы создан широкий перечень МШУ, по совокупности параметров соответствующий более чем 50 зарубежным аналогам.

В статье представлена часть результатов, полученных в рамках реализованного проекта, а именно рассмотрены результаты разработки трех типов отечественных широкополосных мало­шумящих усилителей, действующих в диапазоне частот 50 МГц — 6,2 ГГц. Каждый тип МШУ имеет два вида реализации: первый — кристалл монолитной интегральной схемы (МИС); второй — герметизированная схема в корпусе для поверхностного монтажа (SMD-корпус).

Конструкция малошумящих усилителей

Важным требованием к разрабатываемым усилителям стало получение широкой мгновенной полосы частот с малой неравномерностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в совокупности с малым коэффициентом шума. Малошумящие усилители реализованы в виде каскодной схемы на ПТШ с параллельной и последовательной обратными связями и диссипативными согласующими и трансформирующими цепями (рис. 1). Каскодная схема c обратными связями включения позволяет добиться высокого коэффициента усиления, широкой полосы частот и безусловной устойчивости схемы. Последовательная обратная связь повышает устойчивость схемы. Параллельная обратная связь совместно с согласующими и трансформирующими цепями обеспечивает согласование импедансов транзисторов и выравнивание АЧХ. Выбор ширины затвора ПТШ и его рабочей точки и согласование были нацелены на получение наименьшего коэффициента шума.

Рис. 1. Принципиальная схема малошумящих усилителей

Малошумящие усилители согласованы для работы в 50‑омном тракте. Монолитные интегральные схемы спроектированы и изготовлены на базе технологического процесса GaAs pHEMT с длиной затвора 0,1 мкм, реализованного в АО «НПП «Исток» им. Шокина». Все три типа МШУ выполнены как отдельные МИС, так и в герметизированном корпусе для поверхностного монтажа. Следует отметить, что первый и третий тип МШУ реализованы в двух видах герметичных корпусов: первый — металлокерамический корпус на основе высокотемпературной алюмооксидной керамики; второй — алмазный корпус на основе поликристаллической алмазной пленки (ПАП) [1].

Экспериментальные результаты

Результаты измерений электрических параметров малошумящих усилителей представлены на рис. 2–4. Измерения параметров кристаллов МШУ проводились с помощью зондовой станции. Измерения параметров МШУ в корпусе SMD проведены с помощью как зондовой станции, так и специально разработанных тестовых оснасток.

Рис. 2. Параметры МШУ первого типа: М421409 (кристалл) и М421427 (SMD-корпус)
а) МШУ в корпусе SMD (вверху — корпус на основе ПАП, внизу — металлокерамический)
б) S-параметры
в) Коэффициент шума
г) Выходная мощность при компрессии коэффициента усиления на 1 дБ

МШУ первого типа работает в диапазоне частот 0,05–4 ГГц. В полосе частот коэффициент усиления составляет 20 дБ, коэффициент шума не превышает 1,2 дБ на частотах 0,05–4 ГГц. Выходная мощность при компрессии 1 дБ свыше 17 дБм. Ток потребления МШУ составляет 100 мА при напряжении питания +5 В/–5 В. Габаритные размеры кристалла 1,4×1×0,1 мм. Габаритные размеры МШУ в герметичном корпусе 4×4×1,26 мм.

МШУ второго типа функционирует в диапазоне частот 0,05–4 ГГц. Особенностью данной схемы является то, что кристалл выполнен со встроенным электронным ключом, поддерживающим возможность отключения МШУ и коммутации входа усилителя к выходу с обеспечением согласованного режима работы на линию с волновым сопротивлением 50 Ом. Управление ключом осуществляется с помощью двух выводов управления. Напряжение логической «1» равно 0 В, напряжение логического «0» равно –5 В. На рис. 3а представлена фотография МШУ в корпусе SMD, смонтированного в тестовую оснастку. Габаритные размеры кристалла 1,7×1,85×0,1 мм, МШУ в герметичном корпусе 5×5×1,26 мм. Коэффициент усиления превышает 20 дБ. При работе схемы на 50‑омную линию потери на проход не более –3 дБ. Коэффициент шума не более 1,2 дБ на частотах 0,5–4 ГГц. Выходная мощность при компрессии 1 дБ составляет 17 дБм. Ток потребления достигает 90 мА при напряжении питания +5 В/–5 В.

Рис. 3. Параметры МШУ второго типа: М421423 (кристалл) и М421429 (SMD-корпус)
а) Фотография тестовой оснастки МШУ второго типа в корпусе SMD
б) S-параметры
в) Режим работы МШУ на проход
г) Коэффициент шума
д) Выходная мощность при компрессии коэффициента усиления на 1 дБ

МШУ третьего типа работает в диапазоне частот 0,5–6,2 ГГц. На рис. 4а представлен внешний вид МШУ в сборке корпуса. Габаритные размеры кристалла 1,3×1×0,1 мм. Габаритные размеры МШУ в герметичном корпусе 4×4×1,26 мм. Результаты измерений электрических параметров МШУ показывают, что коэффициент усиления составляет 17 дБ и имеет неравномерность менее 0,5 дБ. Коэффициент шума не превышает 2 дБ. Выходная мощность при компрессии 1 дБ не менее 17 дБм. Ток потребления МШУ составляет 40 мА при напряжении питания +5 В/–5 В.

Рис. 4. Параметры МШУ третьего типа: М421425 (кристалл) и М421431 (SMD-корпус)
а) Фотография кристалла МШУ третьего типа в корпусе
б) S-параметры
в) Коэффициент шума
г) Выходная мощность при компрессии коэффициента усиления на 1 дБ

В таблице представлено сравнение типичных электрических параметров разработанных МШУ в корпусе SMD и зарубежных аналогов. Отечественные аналоги с похожими параметрами отсутствуют. Оценка характеристик аналогов проведена на основе открытой технической документации на изделия. Из таблицы видно, что по совокупности параметров разработанные МШУ имеют исключительные электрические характеристики, сравнимые с мировыми аналогами.

Источник

Тема: МШУ для УКВ

Опции темы

Поиск по теме

to Алексей2009
Алексей, вот Вы как ярый противник LNA, подскажите пожалуйста, почему тогда так получается, на видео вначале RX+LNA+Antenna, далее RX+Antenna без LNA, в конце как в начале
http://www.youtube.com/watch?v=CuP1a. ature=youtu.be
Если МШУ не нужен, почему я «здесь слышу, а здесь не слышу»
. длинная Яга! как Вы выразились с данной связке используется.

Алексей2009, Ну тогда сделайте следующий шаг. В ТОПКУ его

На панораме, очевидно. Программ таких сейчас тьма-тьмущая. Абсолютно все проги под SDR позволяют «видеть» сигнал, как на панорамном анализаторе (впринципи, это он и есть). УКВ-исты давно пользуются. Удобно, когда надо оценить работу МШУ, например.

почитал посты и вот несколько мыслей.
R3DE, хороший МШУ получается на АП362А9 F=430-440МГЦ Ку = 19 дБ, Кш= 0,4. 0,5, IP3=37. 38дБм по ГОСТовским сигналам. Дубовый транзистор хорошо держит ВЧ до 1,5Вт а входе.
2ALL,
Есть мнение что ООС в МШУ увеличивает Кш.
Стабилизация режимов по постоянному току для диапазона температур достигается на простой схеме из двух транзисторов. КТ3129 и КТ3130.
Для улучшения приема в городе перед МШУ нужен фильтр на спиральных или керамических резонаторах но это уже минимум 0,5дБ плюсом к Кш.Но если разобраться то еще коммутатор RXTX 0,5-1дБ то это не заметно будет.

Откликом по выходу называют S12 про которую все забывают и которая имеет еще и фазовую характеристику которая и влияет на интермодуляцию каскада.
объясню кратко, по выходу МШУ обычно стоит кабель а за кабелем фильтр преселектора приемника который имеет высокий импеданс на частотах заграждения. Эти частоты прут обратно в МШУ со определенным фазовым соотношением, в каждом конкретном случае по разному и тут как говорится как повезет. Вернутся в противофазе к базовым частотам на входе МШУ то компенсируют друг друга через S12ang транзистора а если нет то и усиливаться могут.

Еще один момент В основном все транзисторы имеют Куп 15-20дБ и выше. Куда столько не знаю. А динамика гробится. Поставте по истоку индуктивность 20-100нГн а то и вовсе петелька 2х2мм (430Мгц) из проволоки по истоку. Усиление упадет а интермод станет лучше.

Источник

Малошумящий усилитель

2.5. Малошумящий усилитель

— полоса пропускания приёмной системы, Гц.

Снижение приёмной системы – наиболее эффективный и экономичный способ повышения энергетического потенциала радиолинии связи.

К МШУ современных приёмных систем предьявляются следующие основные требова-ния:

2) Ширина и форма полосы пропускания МШУ должна обеспечивать безискажённый

приём сигнала и заданную помехозащищённость. Перестройка МШУ затруднена, поэтому они, как правило, выполняются широкополосными, не перестраиваемыми в рабочем диапазоне. Перестраиваются или сменяются только пассивные узкополосные фильтры-преселекторы, пропускающие полосу частот принимаемого сигнала и защищающие усилитель от сильных помех вне этой полосы.

3) Коэффициент усиления МШУ максимален при полном согласовании его входа с трактом, а коэффициент шума минимален при некотором их рассогласовании. В связи с этим для минимизации приёмной антенны в ряде случаев целесообразно некоторое рассогласование входа МШУ с трактом (до КСВ). Все остальные элементы тракта должны быть хорошо согласованы.

5) Повышенной линейности амплитудной, амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик. Например, неравномерность АЧХ МШУ некоторых связных станций не превышает дБ в полосе 500 МГц при усилении дБ.

6) Должно быть малое время выхода на рабочий режим и быстрое восстановление работоспособности усилителей после воздействия сильной помехи.

7) Время наработки на отказ – не менее 100 тыс. часов, а время перехода с основного комплекта на резервный – не более нескольких десятых долей секунды (в многоканальных станциях спутниковой связи).

8) Простота обслуживания, контроля, минимальное число регулировок. Замена МШУ в аппаратуре не должна сопровождаться подстройкой его элементов.

9) Малые габариты, масса и потребляемая мощность – это особенно важно для бортовой и наземной мобильной аппаратуры.

Некоторые из этих требований противоречивы и одновременное их выполнение, как правило не возможно. На практике при выборе типа усилителя приходится принимать компромиссные решения.

2.5.1. Транзисторные МШУ

В настоящее время в качестве входных МШУ большинства приёмных систем СВЧ применяются тран­зисторные усилители.

На частотах до 3. 4 ГГц их активными элементами обычно служат БТ, на более высоких частотах – ПТШ, имеющие здесь меньший коэффициент шума; в некоторых случаях ПТШ приме­няются на частотах, начиная с 1 ГГц и даже с 0 Гц (в монолит­ных ТрУ). Предельно малым К_ш обладают транзисторы с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). К настоящему времени разработаны ТрУ СВЧ на рабочие частоты от 0,1 ГГц до 60 ГГц с коэффициентом усиления не менее

15. 5 дБ на каскад и коэф­фициентом шума 0,5. 8 дБ соответственно. Полоса усиления ТрУ может быть от нескольких процентов до нескольких октав (монолитное исполнение). Как правило, К_ш узкополосных ТрУ на 0,2. 0,6 дБ превышает коэффициент шума используемых ПТШ, а широкополосных — на 1,5. 4 дБ. ПТ на InGaAs рабо­тоспособны до 100 – 200 ГГц.

Выходная мощность насыщения малошумящих ТрУ обычно имеет значение 0,1. 10 мВт, динамический диапазон у них больше, чем у ТУ и ПУ, на 10. 20 дБ. Важным преимуществом ТрУ является более высокая стабильность усиления по срав­нению с регенеративными туннельными и параметрическими усилителями.

Можно считать, что на частотах до 60 ГГц в аппаратуре массового применения транзисторные усилители вытесняют все другие типы МШУ, превосходя их по надёжности, динамическому диапазону, широкополосности, устойчивости к перегрузкам, а также по минимуму массы, габаритов, стоимости, трудоём­кости изготовления.

Конструкция ТрУ сравнительно проста. Например, на поликоровую подложку с напыленными входными, межкаскадными и выходными согласующими цепями, элементами развязки в цепях смещения устанавливают транзистор. Плату, под ко­торой могут быть установлены схемы управления и стабили­заторы питания, помещают в плоский корпус (запредельный волновод). Коаксиальные либо волноводные вход и выход СВЧ сигнала, а также вводы питания, герметичны.

На СВЧ в основном используются усилители на ПТШ, включен­ные по схеме с общим истоком (ОИ), имеющей такой же коэффи­циент шума, как и схема с общим затвором (ОЗ), но больший коэффициент передачи мощности. Поэтому при использовании схем с ОИ меньше сказываются шумы последующих каскадов.

Иногда, при наличии запаса по усилению, для увеличения полосы пропускания ТрУ на ПТШ используют отрицательную обратную связь, изменяющую входное сопротивление транзис­тора. Вследствие этого, становится возможным применение более простых согласующих цепей (СЦ),

снижается чувстви­тельность ТрУ к изменению параметров транзистора, усилитель становится безусловно устойчивым. Такие каскады могут исполь­зоваться без применения входных и выходных

развязывающих устройств, в частности в монолитных ТрУ. Просто реализуемая широкополосная резистивная обратная связь несколько увели­чивает К_ш поэтому в МШУ применяется и обратная связь на реактивных элементах.

В монолитных схемах ТрУ вместо пассивных СЦ применяют активное согласование – на входе МШУ включают каскад с ОЗ, а на выходе – каскад с ОС. В широкополосных ТрУ, при выборе согласующих полевых транзисторов с крутизной S=1/ρ, равной проводимости МПЛ, может быть достигнуто согласование в по­лосе нескольких октав, снижение К_ш на 1,5. 2 дБ и увеличение усиления. Активные согласующие цепи на ПТШ занимают значительно меньшую площадь по сравнению с пассивными.

Питание ПТШ осуществляется двумя способами: с использо­ванием двухполярного источника напряжения и однополярного – с автосмещением транзистора. Цепь автосмещения R и С является, в

последнем случае, цепью отрицательной обратной связи по постоянному току, стабилизирующей параметры ТрУ. Потери шунтирующих конденсаторов ухудшают параметры усили­тельного каскада, особенно с повышением частоты. Учитывая это, на повышенных частотах предпочитают схему питания с двухполярным источником напряжения.

Шумы ПТШ в основном имеют тепловое происхождение, поэто­му при снижении в несколько раз физической температуры ТрУ примерно во столько же раз уменьшается его шумовая температу­ра. Кроме того, вследствие роста подвижности электронов в GaAs при охлаждении, на несколько децибел возрастает усиление ПТШ.

О параметрах лучших зарубежных МШУ можно судить по рекламным проспектам фирмы NEC. Она выпускает МШУ на ПТШ в литерном исполнении, имеющие следующие значения шумовой температуры и, соответственно, различающиеся по стоимости:

в диапазоне 3,625. 4,2 ГГц с ТЭМО – 32, 37, 42, 47 К; без охлаждения – 55, 70, 80 К;

в диапазоне 18,6. 19,5 ГГц без охлаждения – 200, 250, 300 К.

Можно выделить четыре основных типа ТрУ:

Наиболее широкое распространение получили достаточно простые в исполнении однотактные усилители. Как правило, однотактные усилители на биполярных транзисторах требуют применения ферритовых развязывающих устройств, что приводит к увеличению габаритных размеров и является

недостатком этого типа усилителей.

Широкое распространение получили балансные усилители, состоящие из двух однотактных усилителей, включённых параллельно с помощью 3-децибельных мостов.

Балансные транзисторные усилители имеют более широкий динамический диапазон, чем однотактные ( на балансный каскад поступает только половина общей мощности сигнала ), более

высокую надёжность, так как отказ транзистора в одном плече ведёт лишь к уменьшению Кр на 6 дБ при сохранении работоспособности усилителя. Кроме того, балансные усилители легко каскадируются, менее подвержены самовозбуждению, не требуют применения развязывающих ферритовых устройств, дополнительно ограничивающих ширину полосы рабочих частот.

К недостаткам балансного усилителя следует отнести ухудшение его чувствительности из-за потерь на отражение (входной КСВН моста в полосе не лучше 1,5) и диссипативных потерь в высоко-омных линиях мостов.

Источник