СХЕМА ПОДАВЛЕНИЯ ШУМОВ ГЕТЕРОДИНА Российский патент 2000 года по МПК H03B5/18 

Данное изобретение касается схем подавления шумов и, в частности, но не исключительно, способов подавления шумов для использования в схемах гетеродинов, содержащихся в малошумящих блоках (МШБ) для применения в спутниковом принимающем оборудовании.

Из-за введения стандартов передачи цифровой информации для будущих спутниковых передач, существует более высокое требование иметь улучшенные уровни фазового шума в гетеродинах, содержащихся в МШБ, таких как МШБ, описываемых в одновременно рассматриваемой опубликованной заявке PCT/GB 92/01065 заявителя, опубликованной как WO 92/22938.

Гетеродин является частью общей схемотехники, применяемой в МШБ, и его функцией является создание сигнала, который возбуждает преобразователь частоты, который также принимает усиленные СВЧ-сигналы со спутника. Выходом преобразователя частоты являются УВЧ-сигналы (преобразованные с понижением частоты), которые содержат соответствующую видео- и аудиоинформацию. Очень важно, что шум от гетеродина минимизируется, в противном случае он приведет к УВЧ-сигналам с вытекающим из этого уменьшением качества видео и аудио особенно для передач цифровой информации.

Схема известного уровня техники показана на фиг. 1. Эта схема использует полевой транзистор (FET) или транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT) в качестве своего главного осциллирующего элемента. Схема, показанная на фиг. 1, имеет керамический резонатор, который действует как фильтр, связанный с линией передачи затвора, и управляет частотой колебаний. С таким расположением выход FET связан по постоянному току прямо с землей через индуктор на печатной плате. Такое расположение является стандартным способом для конструирования генераторов с последовательной обратной связью.

Однако с таким расположением не существует защиты от выбросов тока в устройстве, что может привести к флуктуациям частоты генератора. Результатом этого является увеличение фазового шума, ведущее к сниженному качеству сигнала.

EP 0 202 652 описывает схему СВЧ-генератора, которая использует резистор в участке постоянного тока схемы для установления автоматического смещения постоянного тока FET. При высоких частотах резистор эффективно соединен с открытой цепью.

Труды 19th European Microwave Conference, 1989, 4th September 1989, с. 549-554, XP000067323, Kazio Imai и др.: "A 22 Ghz Band Low Noise Down Converter for Satellite Broascast Receivers" описывают схему генератора с диэлектрическим резонатором, которая также имеет резистор в участке постоянного тока схемы. Этот резистор развязан конденсатором и, таким образом, эффективно коротко замкнут.

В основу данного изобретения положена задача создания усовершенствованной схемы подавления шумов гетеродина, которая устраняет или ослабляет вышеупомянутый недостаток.

Это достигается путем обеспечения сопротивления между выходом полевого транзистора (или транзистора с высокой подвижностью электронов) и землей. Это сопротивление имеет эффект введения автоматически смещающего приспособления в схему генератора, что означает, что, когда имеется какое-либо увеличение тока через полевой транзистор (или транзистор с высокой подвижностью электронов) подвижной земной станции, падение напряжения на сопротивлении также возрастает. Поскольку затвор связан с землей через низкое сопротивление (51 Ом), это ведет к повышенному отрицательному напряжению затвор-исток, которое заставляет прибор слегка "отсекаться", что, в свою очередь, дает уменьшение уровня тока через прибор. Поэтому это приспособление имеет эффект уменьшения любых выбросов тока в приборе и производит улучшение фазового шума.

В предпочтительном расположении резистор 30 Ом помещен между истоком FET/HEMT и землей, причем этот резистор помещен последовательно в индукторе печатной схемы и линии выхода.

С вышеупомянутой модифицированной схемой было измерено улучшение характеристики фазового шума по сравнению со стандартной схемой, которая дала число -64 дБ (dBc) при 10 кГц. После модификации при помощи использования вышеупомянутой схемы было получено число -76 дБ (dBc) при 10 кГц, которое является улучшением приблизительно в 16 раз. Одновременно уровень боковых полос генератора, генерируемых сигналом-помехой 200 кГц на линии питания постоянного тока, улучшился с -50 дБ (dBc) до -70 дБ (dBc), что является улучшением на два порядка величины. Понятно, что эти числа являются типичными, и было показано, неоднократно, что модифицированная схема дает такой уровень улучшения по всем нескольким сотням протестированных модулей и в случае различных изготовителей FET или HEMT.

Согласно первому аспекту данного изобретения обеспечена схема подавления шумов гетеродина, содержащая активный элемент, причем этот активный элемент имеет вход затвора, вход стока и выход истока с соответствующими линиями передачи, причем вход затвора связан с землей через первый резистор и имеет резистор, расположенный поблизости от линии входа затвора, резистор связан с линией передачи затвора, линия входа стока связана с землей через развязывающую емкость, и связана с источником напряжения постоянного тока, этот исток связан через линию передачи истока для обеспечения выхода генератора, причем этот исток связан с землей через второй резистор, и эта схема характеризуется тем, что второй резистор расположен между истоком и индуктором, связанным с землей.

Предпочтительно, активный элемент является полевым транзистором (FET). Альтернативно, активный элемент является транзистором с высокой подвижностью электронов (HEMT).

Удобно, чтобы индуктор был обеспечен катушкой индуктивности, смонтированной на печатной плате, и, более предпочтительно, индуктор был напечатан на печатной плате. Удобно, чтобы резонатор был керамическим элементом и имел форму диска.

Предпочтительно, второй резистор расположен в линии передачи стока между стоком и развязывающим конденсатором. Также предпочтительно, сток связан с источником напряжения постоянного тока через второй резистор и диод.

Предпочтительно, второй резистор является 30-омным резистором, который имеет эффект введения автоматически смещающего приспособления в схему генератора таким образом, что когда имеется какое-либо увеличение тока через прибор, падение напряжения через 30-омный резистор также возрастает, увеличивая отрицательное напряжение затвор - исток и заставляя прибор "отсекаться", что затем уменьшает уровень тока через прибор.

Согласно другому аспекту данного изобретения обеспечен способ минимизации фазового шума в схеме гетеродина, подобный используемой в малошумящих блоках, причем этот способ содержит стадии:
располагают элемент сопротивления на выходе активного элемента в схеме генератора таким образом, чтобы этот элемент сопротивления был помещен между выходом и индуктором, соединенным с землей постоянного тока, и выбора величины элемента сопротивления такой, что, когда таким образом помещенный элемент сопротивления вводит некоторый тип автоматического смещения в схему генератора, посредством этого любое увеличение тока через активный элемент вызывает повышение напряжения на элементе сопротивления, тем самым вызывая "отсечку" активного элемента с уменьшением тока через активный элемент.

Понятно, что элемент сопротивления достигается просто использованием резистора, и в схеме, описываемой далее, применяется резистор в 30 Ом.

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными из следующего описания, взятого в сочетании с сопутствующими рисунками, в которых:
Фиг. 1 является принципиальной схемой цепи гетеродина с последовательной обратной связью, известной в данной области техники, и
Фиг. 2 показывает улучшенный генератор с последовательной обратной связью (схема подавления шумов) в соответствии с вариантом данного изобретения.

На фиг. 1 изображена схема известного уровня техники, обычно указываемая ссылочной цифрой 10. Схема основана на полупроводниковом активном приборе 12, обычно полевом транзисторе (FET) или транзисторе с высокой подвижностью электронов (HEMT) 12. Схемотехника, показанная на фиг. 1, является хорошо известной и была включена в схему заявителя, снабженную малошумящими блоками типа, описываемого в вышеупомянутой заявке PCT, опубликованной как WO 92/22938. Видно, что в этой схеме затвор связан с землей 14 через резистор 16 в 51 Ом и сток связан с землей через резистор 18 в 10 Ом и развязывающий конденсатор 20 в 47 пикофарад. Сток также связан через резистор 18 и диод D1 с источником напряжения постоянного тока. Выход генератора взят от истока транзистора 10 и в данном случае выходной исток соединен прямо с выходом генератора 22 через резистор 24 в 30 Ом. Исток также соединен прямо с землей постоянного тока 14 через индуктор 26 на печатной плате (не показана).

Проблемы с таким расположением документально подтверждены выше: по существу отсутствует защита или компенсация от выбросов тока через устройство, ведущих к относительно большому увеличению фазового шума. Этот шум способен переходить на УВЧ-сигнал таким образом, что сигнал, принятый декодером/приемником, включает этот шум, который ухудшает качество видео- и аудиоинформации.

Теперь будем ссылаться на фиг. 2, которая изображает вариант усовершенствованной схемы подавления шумов гетеродина 30 в соответствии с данным изобретением. Путем сравнения схем, показанных на фиг. 1 и 2, будет видно, что они очень похожи, с одинаковыми цифрами, обозначающими одинаковые части, за исключением того, что в случае фиг. 2 исток FET или HEMT соединен через резистор 22 в 30 Ом и индуктор 26 с землей постоянного тока 14. Это резистор 22 имеет эффект введения автоматического смещения в схему генератора, что означает, что когда имеется какое-либо увеличение тока через прибор, падение напряжения на резисторе 22 в 30 Ом также возрастает. Это ведет к увеличенному отрицательному напряжению затвор - исток, которое заставляет прибор слегка "отсекаться" и которое затем, в свою очередь, дает уменьшение уровня тока через прибор. Поэтому эта схема имеет эффект уменьшения выбросов тока в приборе и она дает улучшение характеристик, указанное выше, а именно 16-кратное уменьшение фазового шума при 10 кГц и уменьшение на два порядка величины в боковых полосах частот, генерируемых путем введения помехи - сигнала 200 кГц - на линию источника питания постоянного тока. Фазовый шум также уменьшается при других сдвигах частоты от главной несущей генератора, и схема по существу улучшает подавление шумов на линии источника питания постоянного тока.

Понятно, что различные модификации могут быть сделаны с вышеописанной схемой без отхода от объема изобретения. Второй резистор на выходе стока может быть опущен, так же как и диод, расположенный в линии смещения стока. Величина 30-омного резистора может варьироваться в соответствии с другими параметрами генератора.

Изобретение относится к схемам подавления шумов, в частности шумов гетеродинов, и может использоваться в спутниковом принимающем оборудовании. Достигаемый технический результат - улучшение подавления шумов на линии источника питания постоянного тока. Схема подавления шумов местного генератора содержит активный элемент, линии передачи, три резистора, развязывающую емкость, источник напряжения постоянного тока и индуктор. Способ минимизации фазового шума в схеме местного генератора типа, используемого в малошумящих блоках, характеризуется расположением элементов и их выбором таким образом, что имеет место такое смещение, что любое увеличение тока через активный элемент вызывает повышение напряжения на втором резисторе, тем самым вызывает отсечку тока в активном элементе и уменьшает ток через активный элемент. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Схема подавления шумов местного генератора, содержащая активный элемент, причем активный элемент имеет затвор, сток и исток с соответствующими линиями передачи, затвор связан с землей через первый резистор и имеет резонатор, расположенный вблизи от линии затвора, этот резонатор связан с линией передачи затвора, линия стока связана с заземленной шиной через развязывающую емкость, и связана с источником напряжения постоянного тока, исток связан через линию передачи истока для обеспечения выхода генератора, причем исток соединен с заземленной шиной через индуктор и с выходом через второй резистор, причем эта схема характеризуется тем, что второй резистор расположен между истоком и индуктором. 2. Схема по п.1, отличающаяся тем, что активный элемент является полевым транзистором (FET). 3. Схема по п.1, отличающаяся тем, что активный элемент является транзистором с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). 4. Схема по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что индуктор обеспечивается катушкой, смонтированной на печатной плате. 5. Схема по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что резонатор является керамическим элементом и имеет форму диска. 6. Схема по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что третий резистор помещен в линии стока между стоком и развязывающим конденсатором. 7. Схема по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что сток связан с источником напряжения постоянного тока через третий резистор и диод (DI). 8. Схема по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что второй резистор имеет сопротивление около 30 Ом, который имеет эффект введения автоматически смещающего элемента в схему генератора, так, что когда имеется какое-либо увеличение тока через устройство, падение напряжения на втором резисторе также возрастает, что увеличивает отрицательное напряжение затвор-исток и вызывает "отсечку" тока в активном элементе, что затем снижает уровень тока через устройство. 9. Способ минимизации фазового шума в схеме местного генератора типа, используемого в малошумящих блоках, причем этот способ содержит стадии: располагают второй резистор на выходе активного элемента в схеме вышеуказанного генератора таким образом, что второй резистор помещен между выходом и индуктором, соединенным с заземленной шиной и осуществляют выбор такого второго резистора, что помещенный таким образом второй резистор вводит элемент автоматического смещения в схему генератора, посредством этого любое увеличение тока через активный элемент вызывает повышение напряжения на втором резисторе, тем самым вызывает отсечку тока в активном элементе и уменьшает ток через активный элемент.