МАЛОШУМЯЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ Российский патент 1998 года по МПК H03F3/60 H03G3/20 

Изобретение относится к технике электрической связи и предназначено для использования в радиоприемных устройствах сверхвысоких частот повышенной надежности.

Известны малошумящие усилители (Полупроводниковые приборы в технике электросвязи. Сб. статей. Вып. 6, 1970; вып. 14, 1974. М.: Связь.; Полупроводниковые приборы и их применение. Сб. статей. Вып. 25. М.: Советское радио, 1971; Сравнительное исследование шумовых свойств IMPATT-диодов. "ТИИЭР", N 6, 1972), содержащие мост деления, два усилителя, мост сложения и две согласованные нагрузки.

Для повышения надежности используются два усилителя с двумя активными элементами, при выходе одного из которых малошумящий усилитель продолжает функционировать, но снижается его коэффициент усиления.

Общим недостатком аналогов является низкая надежность в работе, так как при выходе из строя одного из усилителей отказывает весь усилительный тракт в целом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является система, описанная в книге "Полупроводниковые приборы и устройства СВЧ" Киев: КВВИДКУС, 1976, с. 118 - 119, рис. 4.4.1.

Данное устройство состоит из двух гибридных соединений (мостов, трехдецибельных направленных ответвителей и т.д.) и двух усилителей, включенных между этими соединениями. Мощность усиливаемого сигнала, поступая на первый вход первого моста, делится пополам и сигнал со взаимным сдвигом фаз, равным π/2 , попадает на входы первого и второго усилителей. Усиленный сигнал, складываясь в фазе на первом выходе второго моста, поступает в нагрузку. На третий выход усиленный сигнал не проходит, так как он поступает туда в противофазе. К этому выходу, также как и к развязанному третьему плечу, подключаются согласованные нагрузки. Для реализации положительных свойств прототипа необходимо подбирать усилители по амплитудно-частотным и фазочастотным характеристикам.

Недостатком прототипа является его низкая надежность. Это обусловлено тем, что при отказе одного из усилительных элементов снижается коэффициент усиления прототипа и, следовательно, повышается коэффициент шума приемного тракта.

Цель изобретения - разработка малошумящего усилителя (МШУ) сверхвысоких частот (СВЧ) с более высокими надежными характеристиками при одновременном снижении коэффициента шума.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее мост сложения (МС), первый и второй усилители (У), первую и вторую согласованные нагрузки, при этом вторая согласованная нагрузка соединена со вторым выходом МС, дополнительно введены первый, второй и третий блоки коммутации (БК), третий У, первый, второй и третий ключи, блок управления (БУ), регулируемый усилитель (РУ) и детектор (Д), при этом первый вход первого БК является входом МШУ СВЧ, а ко второму входу подключена первая согласованная нагрузка, первый выход первого, второго и третьего БК соединены со входами первого, второго и третьего У соответственно, второй выход первого и второго БК подключены ко второму входу второго и третьего БК, выходы первого и второго У соединены соответственно с первыми входами второго и третьего БК, выход третьего У соединен с первым входом МС, второй выход третьего БК соединен со вторым входом МС, первый выход МС подключен к входу РУ, выход РУ, соединенный с входом Д, является выходом МШУ СВЧ, выход Д соединен параллельно со входом БУ и вторым входом РУ, первые три выхода БУ соединены с управляющими входами первого, второго и третьего БК, а четвертый, пятый и шестой выходы БУ соединены с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выходы которых подключены к входу питания первого, второго и третьего У, входы всех ключей соединены с входом питания РУ и подключены к питающему входу МШУ СВЧ. БУ состоит из элемента сравнения (ЭС), вход которого является входом БУ, реверсивного счетчика (РС), первого и второго генераторов импульсов (ГИ), элемента сравнения кодов (ЭСК), элемента развязки (ЭР), первого, второго, третьего и четвертого элементов И, элемента ИЛИ, первого и второго элементов НЕ, счетчика (Сч), блока определения (БО), дешифратора (Дш) и регистра (Рг), три выхода Дш является первыми тремя выходами БУ, три выхода Рг является четвертым, пятым и шестым выходами БУ и параллельно подключены к трем входам Дш, первый выход ЭС параллельно подключен к первому входу РС, выходу ЭР и первому дополнительному входу второго ГИ, выход которого параллельно соединен с третьим входом четвертого элемента И и третьим входом РС, второй вход последнего параллельно подключен ко второму выходу ЭС, второму дополнительному входу второго ГИ, второму входу второго элемента И, второму входу четвертого элемента И и входу первого элемента НЕ, выход первого элемента НЕ соединен со вторым входом третьего элемента И, первый вход которого параллельно подключен к первому входу второго элемента И и первому выходу ЭС, выход третьего элемента И соединен со входом ЭР, первый вход четвертого элемента и соединен со вторым входом ЭСК, третий выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй и третий входы которого являются выходами соответственно второго и четвертого элементов И, выходы элемента ИЛИ параллельно подключен ко входу второго элемента НЕ и первому входу первого элемента И, второй вход которого является выходом первого ГИ и параллельно соединен с шестым входом Рг, выход первого элемента И подключен к входу Сч, три выхода которого параллельно соединены со входами БО и первым, вторым и третьим входами Рг, пятый вход последовательно соединен с выходом второго элемента НЕ, выход БО соединен с первым входом ЭСК, второй вход которого является выходом РС. БК состоит из моста деления (МД), первый и второй вход которого являются первым и вторым входами БК, МС, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами БК, управляемого фазовращателя (УФ), управляющий вход которого является управляющим входом БК, причем первый выход МД подключен к первому входу МС, второй выход МД соединен со входом УФ, выход которого подключен ко второму входу МС. БО состоит из первого и второго двоичных сумматоров, причем входы первого двоичного сумматора являются первым и вторым входами БО, третий вход второго двоичного сумматора является третьим входом БО, выходы первого двоичного сумматора соединены с первым и вторым входами второго двоичного сумматора соответственно, а выход второго двоичного сумматора является выходом БО.

На фиг. 1 представлена структурная схема малошумящего усилителя сверхвысокой частоты; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - структурная схема блока коммутации; на фиг. 4 - структурная схема блока определения; на фиг. 5 - вариант структурной схемы дешифратора; на фиг. 6 - вариант структурной схемы регистра.

Устройство (фиг. 1) состоит из первого, второго и третьего У 1, 2 и 3 соответственно, РУ 4, первой и второй согласованных нагрузок 5 и 6, первого, второго и третьего БК 7, 8 и 9 соответственно, МС 10, при этом вторая согласованная нагрузка 6 соединена со вторым выходом МС 10, первого, второго и третьего ключей 11, 12 и 13 соответственно, БУ 14 и Д 15, при этом первый вход БК 7 является входом МШУ СВЧ, а ко второму входу подключена первая согласованная нагрузка 5, первые выходы БК 7, 8 и 9 соединены с входами У 1, 2 и 3 соответственно, вторые выходы БК 7 и 8 подключены ко вторым входам БК 8 и 9, выходы У 1 и 2 соединены соответственно с первыми входами БК 8 и 9, выход У 3 соединен с первым входом МС 10, второй выход БК 9 соединен со вторым входом МС 10, первый выход МС 10 подключен к входу РУ 4, выход РУ 4, соединенный с входом Д 15, является выходом МШУ СВЧ, выход Д 15 соединен параллельно со входом БУ 14 и вторым входом РУ 4, первые три выхода БУ 14 соединены с управляющими входами БК 7, 8 и 9, а четвертый, пятый и шестой выходы БУ 14 соединены с управляющими входами ключей 11, 12 и 13, выходы которых подключены к входам питания У 1, 2 и 3, входы всех ключей 11, 12 и 13 соединены с входом питания РУ 4 и подключены к питающему входу МШУ СВЧ.

БУ 14 (фиг. 2) состоит из ЭС 14.1, вход которого является входом БУ 14, первого, второго, третьего и четвертого элементов И 14.2, 14.3, 14.4 и 14.5, элемента ИЛИ 14.6, первого и второго элементов НЕ 14.7 и 14.8, РС 14.9, первого и второго ГИ 14.10 и 14.11, ЭСК 14.12, ЭР 14.13, Сч 14.14, БО 14.15, Дш 14.16 и Рг 14.17, три выхода Дш 14.16 является первыми тремя выходами БУ 14, три выхода Рг 14.17 являются четвертыми, пятым и шестым выходами БУ 14 и параллельно подключены к трем входам Дш 14.16, первый выход ЭС 14.1 параллельно подключен к первому входу РС 14.9, выходу ЭР 14.13 и первому дополнительному входу ГИ 14.11, выход которого параллельно соединен с третьим входом элемента И 14.5 и третьим входом РС 14.9, второй вход последнего параллельно подключен ко второму выходу ЭС 14.1, второму дополнительному входу ГИ 14.11, второму входу элемента И 14.3, второму входу элемента И 14.5 и входу элемента НЕ 14.3, второму входу элемента И 14.5 и входу элемента НЕ 14.7, выход элемента НЕ 14.7 соединен со вторым входом элемента И 14.4, первый вход которого параллельно подключен к первому входу элемента И 14.3 и первому выходу ЭС 14.1, выход третьего элемента И 14.4 соединен со входом ЭР 14.13, первый вход элемента И 14.5 соединен со вторым входом ЭСК 14.12, третий выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 14.6, второй и третий входы которого являются выходами соответственно элементов И 14.3 и 14.5, выход элемента ИЛИ 14.6 параллельно подключен ко входу элемента НЕ 14.8 и первому входу элемента И 14.2, второй вход которого является выходом первого ГИ 14.10 и параллельно соединен с шестым входом Рг 14.17, выход элемента И 14.2 подключен к входу Сч 14.14, три выхода которого параллельно соединены со входом БО 14.15 и первым, вторым и третьим входами Рг 14.17, пятый вход последнего соединен с выходом элемента НЕ 14.8, выход БО 14.15 соединен с первым входом ЭСК 14.12, второй вход которого является выходом РС 14.9.

Блоки коммутации 7, 8 и 9 выполнены идентично, изображены на фиг. 3 и состоят из МД 7.1, первый и второй вход которого являются первым и вторым входами БК 7, МС 7.2, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами БК 7, УФ 7.3, управляющий вход которого является управляющим входом БК 7, причем первый выход МД 7.1 подключен к первому входу МС 7.2, второй выход МД 7.1 соединен со входом УФ 7.3, выход которого подключен ко второму входу МС 7.2.

БО 14.15 (фиг. 4) состоит из двоичных сумматоров 14.15.1 и 14.15.2, причем входы двоичного сумматора 14.15.1 являются первым и вторым входами БО 14.15, третий вход сумматора 14.15.2 является третьим входом БО 14.15, выходы двоичного сумматора 14.15.1 соединены с первым и вторым входами двоичного сумматора 14.15.2 соответственно, а выход двоичного сумматора 14.15.2 является выходом БО 14.15.

В качестве У1, 2 и 3 может быть использован малошумящий усилитель высокой частоты описанный в книге Б.И.Горшкова "Элементы радиоэлектронных устройств". Справочник. М.: Радио и связь, 1988, с.73, рис. 4.37.

РУ 4 предназначен для поддержания постоянного требуемого уровня сигнала на выходе МШУ СВЧ. В качестве РУ 4 может быть использован усилитель с управляемым коэффициентом усиления, описанный в книге Б.И.Горшкова "Элементы радиоэлектронных устройств". Справочник. М. : Радио и связь, 1988, с.65, рис. 4.10. Второй вход РУ является выходом устройства.

В качестве МС 10 может быть использован самоуправляемый сумматор мощности (авт. св. N 1530048, кл. H 03 F 3/60 от 15.08.89г., приоритет от 02.10.87).

Ключи 11, 12 и 13 предназначены для включения и выключения питания соответствующих У по командам БУ 14, могут быть реализованы на интегральных микросхемах (ИМС) (Вениаминов В. Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989, с.66).

В качестве Д 15 может быть использован двойной пиковый детектор (Горшков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник. М.: Радио и связь, 1988, с.98, рис. 6.19).

ЭСП 14.1 может быть реализован на ИМС и описан в книге В.Н.Вениаминова, О.Н.Лебедева, А.И.Мирошниченко "Микросхемы и их применение". Справочное пособие. 3-е изд. , перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989, с.56-58. Первый выход ЭСП 14.1 является выходом БОЛЬШЕ ЭСП, второй выход - выход МЕНЬШЕ ЭСП.

Элементы И 14.2. ..14.5 могут быть реализованы на ИМС (Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. 1987 М.: Радио и связь, с.40, табл. 1.11).

Элемент ИЛИ 14.6 может быть реализован на ИМС (Вениаминов В.Н., Лебедев О. Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. Справочное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989, с.20, табл. 1.2).

Элементы НЕ 14.7 и 14.8 могут быть реализованы на ИМС и описаны в книге В. Л. Шило "Популярные цифровые микросхемы". Справочник. М.: Радио и связь, 1987, с.27).

РС 14.9 и Сч 14.14 могут быть реализованы на ИМС (Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. М.: Радио и связь, 1987, с.90, рис. 1.67; Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. Справочное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989, с. 131, рис. 4.24). Первый вход РС 14.9 является входом ВЫЧИТАНИЕ, второй вход - СЛОЖЕНИЕ, третий вход является входом счетных импульсов.

ГИ 14.10 и 14.11 могут быть реализованы на ИМС Вениаминов В.Н. Лебедев О. Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. Справочное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989, с.211, рис. 7.10).

ЭСК 14.12 может быть реализован на ИМС (Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. М. : Радио и связь, 1987, с. 183, рис. 1.134 и Вениаминов В. Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989, с. 113, рис. 4.12, б. Первый выход ЭСК 14.12 является входом СИГНАЛ НА ПЕРВОМ ВХОДЕ БОЛЬШЕ СИГНАЛА НА ВТОРОМ ВХОДЕ, второй - РАВНО, а третий - СИГНАЛ НА ПЕРВОМ ВХОДЕ МЕНЬШЕ СИГНАЛА НА ВТОРОМ ВХОДЕ.

В качестве ЭР 14.13 может быть использован полупроводниковый диод.

На фиг.5 приведен вариант структурной схемы Рг 14.17, состоящего из трех счетных триггеров, резистора, конденсатора. В качестве триггеров могут быть использованы DV двухступенчатые триггеры (Батушев В.А., Вениаминов В.Н., Ковалев В.Г. и др. Микросхемы и их применение. М.: Энергия, 1978, с.121, рис. 4.15, а). Четвертый вход Рг 14.17 является стробирующим входом, а пятый его вход - тактовым.

На фиг.6 изображен вариант структурный схемы Дш 14.16, состоящего из четырех элементов И, элемента НЕ, трех элементов ИЛИ, элемента ИЛИ-НЕ и элемента И-НЕ.

МС 7.2 и МД 7.1 могут быть реализованы на основе трехдецибельных направленных ответвителей (Звягинцев В.В., Капустин В.И., Лондон С.Е., Модель З. И. Устройство сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний. М.: Советское радио, 1980).

В качестве УФ 7.3 может использоваться управляемый фазовращатель на две градации (Справочник по радиолокации) Под ред. М. Скольникова. Нью-Йорк, 1970, пер. с англ. (в 4-х тт.)/ Под общей ред. К.Н.Трофимова, т.т.2 и 3 М: Советское радио, 1978; Сканирующие антенные системы СВЧ. Пер. с англ./ Под ред. Г.Т.Маркова и А.Ф. Чаплина, т.3. М.: Советское радио, 1971). Кроме того, в этих же источниках описывается согласованная нагрузка 5 (6).

Двоичный сумматор 14.15.1 (14.15.2) может быть реализован на ИМС (Вениаминов В. Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. Справочное пособие. 3-е изд. перераб. доп. М.: Радио и связь, 1989, с. 113, рис. 4.11).

Предлагаемое устройство МШУ СВЧ построено по принципу скользящего резервирования и имеет два основных и один резервный У, при этом коммутация высокочастотных сигналов осуществляется без механических переключателей за счет использования трех БК, что обеспечивает высокую надежность работы МШУ. При выходе из строя одного из У, выключение его из работы осуществляется БУ 14, который работает на основе анализа уровня сигнала на выходе РУ 4. БУ 14 и Д 15 предназначены для обеспечения работы МШУ СВЧ в режимах скользящего резервирования и квазирезервирования, обеспечивают равномерное использование У в процессе эксплуатации, формируют управляющие воздействия на БК 7,8,9 и ключи 11, 12 или 13, решают задачу восстановления работоспособности МШУ СВЧ при отказе одного из У 1,2 и 3, а в случаях использования на линиях связи с улучшенными энергетическими характеристиками заявляемое устройство сохранит работоспособность и при отказе двух У. При этом БУ 14 обеспечивает равномерное использование У, что обеспечивает увеличение средней наработки до отказа всего устройства, а следовательно, повышает его надежность. Кроме того, при использовании данного МШУ СВЧ на линиях с улучшенными энергетическими характеристиками, когда для качественного приема СВЧ сигнала достаточно включения одного У, МШУ СВЧ переходит с помощью БУ 14 в режим работы с квазирезервированием, т. е. имеет один основной и два резервных У, что обеспечивает уменьшение расхода ресурса последних и приводит к увеличению средней наработки на отказ МШУ СВЧ. Применение РУ позволяет компенсировать потери энергии сигнала в фидерном тракте. Применение последовательного соединения У обеспечивает снижение коэффициента шума радиоприемного тракта по сравнению с прототипом, так как он образуется шумами первого У, который в заявляемом устройстве снижается в два раза. Кроме того, предлагаемое устройство МШУ СВЧ по сравнению с прототипом не критично к совместимости У по электрическим характеристикам.

Малошумящий усилитель сверхвысоких частот работает следующим образом. В рабочем режиме при исправном состоянии всех У БУ 14 формирует команды на включение любых двух У, а третий У остается отключенным и находится в резерве. При этом, поскольку на входе Сч 14.14 комбинация включения двух из трех У равновероятны, то при каждом включении возможны различные их наборы, следовательно в процессе эксплуатации будет обеспечен равномерный расход ресурса У. Пусть для определенности от Сч 14.14 поступила команда через Дш 14.16 на включение У 2 и 3, а У 1 находится в резерве. В этом случае на выходе Рг 14.17 будет комбинация 011, а на выходе ДШ 14.16 - 001. Тогда СВЧ сигнал поступит на первый вход МД 7.1 БКВС 7, который делит мощность сигнала пополам, причем с первого выхода МД 7.1 сигнал поступит на первый вход МС 7.2 непосредственно, а со второго выхода МД 7.1 на второй вход МС 7.2 через УФ 7.3. Поскольку в качестве МД 7.1 и МС 7.2 используется трехдецибельные направленные ответвители, то для обеспечения сложения сигналов на втором выходе МС 7.2 с целью обхода выключенного У 1 (на входе управления ключа 11 сигнал 0 с выхода 1 Рг 14.17) УФ 7.3 должен иметь фазовый сдвиг 0 град., для чего на его управляющий вход подается сигнал логического 0 с выхода Дш 14.16. Это обеспечивает формирование СВЧ сигнала на втором выходе МС 7.2 равного сумме мощностей сигналов на его входе, то есть равного мощности сигнала на первом входе МД 7.1. Со второго выхода БК 7 СВЧ сигнал поступает на второй вход БК 8 и должен поступить на вход У 2 (включенного подачей логической 1 на управляющий вход ключа 12). Для этого УФ 8.3 БК 8 должен обеспечивать фазовый сдвиг 0 град., для чего на его управляющий вход с выхода Дш 14.16 подается сигнал логического 0. В этом случае СВЧ сигнал, равный по мощности сигналу на первом входе БК 7, поступает на первый вход БК 9, который должен его скоммутировать на свой первый выход для подачи на включенный 3 (подачей логической 1 на управляющий вход ключа 13). В этом случае УФ 9.3 БК 9 должен обеспечивать фазовый сдвиг 180 град., поэтому с выхода Дш 14.16 на его управляющий вход подается логическая 1. Таким образом, включение У и управление работой БК 7, 8 и 9 осуществляется разными цифровыми комбинациями, (табл. 1).

При работе МШУ СВЧ на линиях связи с улучшенными энергетическими характеристиками он переходит в режим квазирезервирования (т.е. возникает дополнительная избыточность У), когда в работу включается один У, а другой находится в резерве. В этом случае управление включением У и работой БК осуществляется следующими цифровыми комбинациями (табл.2).

Управление работой МШУ СВЧ осуществляется БУ 14 на основе сигнала, поступающего с выхода РУ через Д 15 на вход ЭС 14.1. Число состояний Сч 14.14 равно 6, так как комбинации 111 и 000 являются запрещенными, что соответствует двум возможным режимам работы МШУ СВЧ: 1) включено два У (режим скользящего резервирования); 2) включен один У (режим квазирезервирования). Число состояний РС 14.9 соответствует числу режимов работы МШУ СВЧ: 01 и 10, где 01-включение 1-го У, 10-включение двух У. Состояние РС 14.9 совпадают с числом включенных У в двоичном коде. Для устранения кольцевых эффектов и сокращения времени управления состояния 11 и 00 в РС 14.9 блокируются. Устойчивость работы БУ 14 обеспечивается выбором периода следования импульсов ГИ 14.11 и постоянной времени регулировки усиления У 4. Они должны быть равны, а период следования импульсов ГИ 14.10 выбирается значительно меньше периода следования импульсов ГИ 14.11. При этом время полного цикла Сч 14.14 будет значительно меньше периода следования ГИ 14.10. Это обеспечивает возможность с помощью элемента И 14.5 распозновать наличие неисправного У в схеме. В нормальном режиме работы в исходном состоянии РС 14.9 находится в состоянии 10, что соответствует включению двух У. Если после включения Сч 14.14 находился в одном из состояний 011, 110, 101, то на выходе ЭС 14.1 сигналы отсутствуют, на втором выходе ЭСК 14.12 сигнал 1, который поступает на пятый вход Рг 14.17 и по сигналу ГИ 14.11 на выходе Рг 14.17 будет комбинация соответствующая состоянию Сч 14.14, обеспечивающая включение (выключение) ключей 11, 12, 13 (в соответствии с табл.1), а на выходе Дш 14.16 сформируется соответствующая комбинация для управления БК 001, 110 или 100 (табл. 1), что обеспечивает подключение требуемого количества У. Если устройство работает на линиях связи с улучшенными характеристиками, то МШУ СВЧ перейдет в режим квазирезервирования. В этом случае после включения на первом выходе ЭС 14.1 появится сигнал логической 1, который запустит ГИ 14.11 и поступит на первый вход РС 14.9. В результате РС 14.9 перейдет в состояние 01, что соответствует включению одного У. На втором входе ЭСК 14.12 будет сигнал в двоичном коде меньше, чем на первом входе. Следовательно, на третьем выходе ЭСК 14.12 появится логическая 1, которая через элемент ИЛИ 14.6 разрешит подачу импульсов управления на вход Сч 14.14 и через элемент НЕ 14.8 подачей логического 0 на четвертый вход Рг 14.17 запретит изменение структуры МШУ СВЧ до момента, когда на втором выходе ЭСК 14.12 не появится логическая 1, что будет соответствовать переходу Сч 14.14 в одно из состояний 100, 010, 001. Тогда на выходе ИЛИ 14.6 будет 0, на выходе НЕ 14.8 логический 0. На выходе Рг 14.17 будет одна из комбинаций включения-выключения ключей 11, 12, 13 (табл.2), соответствующая состоянию Сч 14.14, а на выходе Дш 14.16 будет 101, 000 или 010 в зависимости от комбинации на выходе Рг 14.17 (табл. 2), что обеспечит включение только одного У. В этом случае МШУ СВЧ будет работать в режиме квазирезервирования. Если в момент включения Сч 14.14 оказался в одном из состояний 100, 010, 001, соответствующих включению одного У, то это приведет к тому, что на третьем выходе ЭСК 14.12 появится логическая 1, которая поступит на первые входы И 14.3 и 14.4 и на второй выход ЭС 14. 1, так как включен только один У. Тогда на выходе И 14.3 будет 1, которая обеспечит появление 1 на выходе ИЛИ 14.6 и подключит ГИ 14.11, который переведет Сч 14.14 в одно из состояний 011, 110 или 101. Тогда на втором выходе ЭСК 14.12 будет логическая 1, на выходе ИЛИ 14.6 логический 0 и Рг 14.17 и Дш 14.16 обеспечат включение двух У. Для повышения устойчивости работы БУ 14 используются элементы НЕ 14.8, И 14.4 и элемент развязки 14.13. В момент включения РС 14.9 может оказаться в состоянии 10, а на выходах ЭС 14.1 сигнала нет, тогда РС 14.9 переводится из состояния 10 в 01 подачей импульса с выхода элемента развязки 14.13. Переход МШУ СВЧ (при ухудшении характеристик линий связи) из режима квазирезервирования в режим скользящего резервирования по сигналу МЕНЬШЕ на выходе ЭС 14.1, который поступает на второй вход РС 14.9 и запускает ГИ 14.11. Тогда РС 14.9 переходит из состояния 01 в состояние 10, что обеспечивает включение двух У.

При выходе из строя одного из У при работе МШУ СВЧ в режиме скользящего резервирования РС 14.9 находится в состоянии 10 и не изменит его по сигналу МЕНЬШЕ со второго выхода ЭСП 14.1, поступающего на второй вход РС 14.9. На всех входах элемента И 14.5 логическая 1 и Сч 14.14 изменит свое состояние и максимум за два цикла работы Сч 14.14 восстановит работоспособность МШУ СВЧ. Например: если были включены У 2 и 3, на выходе Сч 14.14 комбинация 011. В случае, если произошел отказ У 2, то Сч 14.14 перейдет в состояние 101 на первом цикле. При отказе же У 3 Сч 14.14 перейдет в состояние 110 на втором цикле, что будет соответствовать восстановлению работоспособности МШУ СВЧ. При работе МШУ СВЧ в режиме квазирезервирования и отказе У восстановление работоспособности будет осуществляться через режим скользящего резервирования.

Рг 14.17 работает следующим образом. При подаче питающего напряжения на R-выходы DV-триггеров подается сигнал 1, а на S-входы - кратковременно 0. В результате все элементы памяти устанавливаются в нулевое состояние. По мере запуска конденсатора на S-входах формируется сигнал 1 и триггеры готовы к управлению по D-входам. Если с выхода элемента НЕ 14.8 поступает сигнал 1, то на V-входах элементов памяти - 1 и Рг 14.17 транслирует сигнал с выхода Сч 14.14 на выходы БУ 14 по фронту импульса, поступающего на C-входы элементов памяти от ГИ 14.11. При появлении на выходе элемента НЕ 14.8 сигнала 0 на V-входы элементов памяти поступает 0 и триггеры сохраняют свое состояние до тех пор, пока на выходах Сч 14.14 не образуется требуемая разрешающая комбинация.

Дш 14.16 преобразует сигналы управления БК 7, 8, 9 в соответствие с табл. 1 и 2.

Оценку технико-экономической эффективности заявляемого технического решения проведем по сравнению с прототипом - двухкаскадным балансным усилителем. Если элементы, составляющие данную схему, стареющие, то

где
λ_i -интенсивность отказов i-го элемента;
T - среднее время наработки на отказ i-го элемента.

Тогда

где
λ_у -интенсивность отказов одного каскада (У).

Для предлагаемого устройства, учитывая равномерное использование У:

Разделив (2) на (1), получим выигрыш по средней наработке на отказ

т.е. средняя наработка на отказ МШУ СВЧ увеличивается на 20%, при этом в два раза снижается коэффициент шума приемного тракта.

Кроме того, в ряде случаев возможна работа МШУ СВЧ при отказе двух У. Учитывая, что предлагаемое устройство позволяет автоматически определять отказавший У, то при срочном ремонте существенно сказывается коэффициент простоя МШУ СВЧ, а следовательно, и всего приемного тракта по причине отказов У.

Таким образом, новая совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечивает повышение надежности функционирования радиоприемного тракта при снижении коэффициента шума.

Малошумящий усилитель сверхвысоких частот относится к технике электрической связи и может быть использован в радиоприемных устройствах сверхвысоких частот повышенной надежности. Разработка малошумящего усилителя сверхвысоких частот (МШУ СВЧ) с более высокими надежныстными характеристиками при одновременном снижении коэффициента шума радиоприемного тракта достигается построением МШУ СВЧ по схеме со скользящим резервированием и имеющего возможность работы в квазирезервном режиме при равномерном расходовании ресурса усилителей. МШУ СВЧ включает три усилителя 1, 2 и 3, регулируемый усилитель 4, две согласованные нагрузки 5 и 6, три блока коммутации 7, 8 и 9, мост сложения 10, три ключа 11, 12 и 13, блок управления 14 и детектор 15. Применение блоков коммутации позволило перейти от балансной схемы построения МШУ СВЧ к последовательной и снизить коэффициент шума радиоприемного тракта, чем достигается повышение надежности МШУ СВЧ, обеспечивающего сохранение работоспособности при отказе одного усилителя, а в ряде случаев и двух. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Малошумящий усилитель сверхвысоких частот, содержащий мост сложения, первый и второй усилители, первую и вторую согласованные нагрузки, при этом вторая согласованная нагрузка соединена с вторым выходом моста сложения, отличающийся тем, что дополнительно введены первый, второй и третий блоки коммутации, третий усилитель, первый, второй и третий ключи, блок управления, регулируемый усилитель и детектор, при этом первый вход первого блока коммутации является входом малошумящего усилителя сверхвысоких частот, а к второму входу подключена первая согласованная нагрузка, первый выход первого, второго и третьего блоков коммутации соединены с входом первого, второго и третьего усилителей соответственно, второй выход первого и второго блоков коммутации подключены к второму входу второго и третьего блоков коммутации, выходы первого и второго усилителей соединены соответственно с первыми входами второго и третьего блоков коммутации, выход третьего усилителя соединен с первым входом моста сложения, второй выход третьего блока коммутации соединен с вторым входом моста сложения, первый выход моста сложения подключен к входу регулируемого усилителя, выход регулируемого усилителя, соединенный с входом детектора, является выходом малошумящего усилителя сверхвысоких частот, выход детектора соединен параллельно с входом блока управления и вторым входом регулируемого усилителя, первые три выхода блока управления соединены с управляющими входами первого, второго и третьего блоков коммутации, а четвертый, пятый и шестой выходы блока управления соединены с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выходы которых подключены к входу питания первого, второго и третьего усилителей, входы всех ключей соединены с входом питания регулируемого усилителя и подключены к питающему входу малошумящего усилителя сверхвысоких частот. 2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что блок управления состоит из элемента сравнения, вход которого является входом блока управления, реверсивного счетчика, первого и второго генераторов импульсов, элемента сравнения кодов, элемента развязки, первого, второго, третьего и четвертого элементов И, элемента ИЛИ, первого и второго элементов НЕ, счетчика, блока определения, дешифратора и регистра, три выхода дешифратора являются первыми тремя выходами блока управления, три выхода регистра являются четвертым, пятым и шестым выходом блока управления и параллельно подключены к трем входам дешифратора, первый выход элемента сравнения параллельно подключен к первому входу реверсивного счетчика, выходу элемента развязки и первому дополнительному входу второго генератора импульсов, выход которого параллельно соединен с третьим входом четвертого элемента И и третьим входом реверсивного счетчика, второй вход последнего параллельно подключен ко второму выходу элемента сравнения, второму дополнительному входу второго генератора импульсов, второму входу второго элемента И, второму входу четвертого элемента И и входу первого элемента НЕ, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом третьего элемента И, первый вход которого параллельно подключен к первому входу второго элемента И и первому выходу элемента сравнения, выход третьего элемента И соединен с входом элемента развязки, первый вход четвертого элемента И соединен с вторым входом элемента сравнения кодов, третий выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй и третий входы которого являются выходами соответственно второго и четвертого элементов И, выход элемента ИЛИ параллельно подключен к входу второго элемента НЕ и первому входу первого элемента И, второй вход которого является выходом первого генератора импульсов и параллельно соединен с пятым входом регистра, выход первого элемента И подключен к входу счетчика, три выхода которого параллельно соединены с входами блока определения и первым, вторым и третьим входами регистра, пятый вход последнего соединен с выходом второго элемента НЕ, выход блока определения соединен с первым входом элемента сравнения кодов, второй вход которого является выходом реверсивного счетчика. 3. Усилитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок коммутации состоит из моста деления, первый и второй вход которого являются первым и вторым входами блока коммутации, моста сложения, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами блока коммутации, управляемого фазовращателя, управляющий вход которого является управляющим входом блока коммутации, причем первый выход моста деления подключен к первому входу моста сложения, второй выход моста деления соединен с входом управляемого фазовращателя, выход которого подключен к второму входу моста сложения. 4. Усилитель по п.2, отличающийся тем, что блок определения состоит из первого и второго двоичных сумматоров, причем входы первого двоичного сумматора являются первым и вторым входами блока определения, третий вход второго двоичного сумматора является третьим входом блока определения, выходы первого двоичного сумматора соединены с первым и вторым входами второго двоичного сумматора соответственно, а выход второго двоичного сумматора является выходом блока определения.