Доброго дня.

Стоит задача сделать активную приемную антенну. Диапазон частот 50 МГц- 3 ГГц. В качестве самой антенны есть симметричный вибратор с входным сопротивлением порядка 200 Ом.
Возник вопрос. Как лучше сделать 1. Поставить симметрирующее устройство (и трансформатор), а затем уже усиливать сигнал. или 2. сделать дифференциальный усилитель в качестве входного каскада и симметрирующего устройства как описано в этой ветке

Что можно использовать в качестве симметрирующего устройства в таком широком диапазоне частот? Трансформатор по типу что стоят в "польских" антеннах? или можно балун на длинной линии с феритовымы кольцами как на картинке?

Вряд ли возможен вибратор с активным входным сопротивлением 200ом в полосе 50-3000MHz. Обычно импеданс даже самых широкополосных вибраторов довольно прилично гуляет по частоте. Чтобы общий коэффициент усиления антенны имел минимальную зависимость от частоты, в особенности чтобы не проваливался на нижних частотах, надо пойти по варианту 2: подключить вибратор непосредственно к балансному усилителю на полевых транзисторах, а на выходе - симметрирующий трансформатор. Сам недавно макетировал подобную антенну на полосу 30-1000MHz. Поставил два транзюка ATF-54143 (питание 5V, ток 60mA), на выходе последовательно два трансформатора 4:1 и 1:1. Вибратор - плоская "бабочка" на стеклотекстолите.
Успехов!

Спасибо за ответ.
Появились еще вопросы. Сигнал с одного из плеч вибратора нужно подать на затвор транзистора через разделительный конденсатор. Туда же подать смещение через дросель. Нужна ли там цепь согласования и что она из себя будет представлять.

А транзисторы лучше биполярные или полевые? Коэффициетн шума не очень принципиален, но меньше - лучше.

Цепь согласования не нужна. Без нее коэффициент усиления близок к 0dB во всей полосе.

А резисторы R7 и R10 для выравнивания плеч?
С6, С9 и L22 - это выходная цепь соласования с нагрузкой 390 Ом?
Вопрос еще по трансформаторам: нашел у M/A такой, но он до 2500 Мгц, у минисекитс не нашел ничего подходящего. У кого еще посмотреть можно готовый до 3000 МГц? Или наведите на литературу как самому сделать.

У одного плеча усилителя нагрузка 100 ом относительно земли а не 390 (одно плечо трансформатора T1). Цепочка C6-R7-L9 (C12-R10-L10) для дополнительного согласования выходного сопротивления транзистора с нагрузкой 100 ом (предварительно рассчитывал в симуляторе AWR, используя S-параметры транзистора). Резисторами R7, R10 конечно, можно выравнивать усиление или балансировать по минимуму IMD2, но для этого лучше регулировать токи транзисторов.
Транзисторы желательно полевые, чтобы на тех частотных участках, где модуль входного полного сопротивления вибратора имеет всплески вверх, не уменьшалось напряжение на входе усилителя и тем самым не допустить провала антенного коэффициента усиления.
Широкополосный трансформатор 1:4 и на 50-3000MHz конечно проблема (Coilcraft, Murata?). Можно попробовать вообще без него, использовать только трансформатор 1:1 ETC1-1-13 (он вроде бы до 3000MHz). Тогда одно плечо усилителя будет нагружено на 25 ом, что чревато некоторой потерей усиления.
Расчет трансформаторов? "Лондон, Томашевич. Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам".

А какаво назначение резисторов R8 и R11?

Подскажите какой динамический диапазон у усилителя получился, что закладывали в расчеты и что получили в реальности, IMD2, IMD3?
Если конечно измеряли.

Для получения минимального коэффициента отражения по выходу (подбор).



Не измерял. Предположительно OIP3=+38dBm.

OIP3=+38dBm, да это прилично если во всем диапазоне. По опыту скажу, что пролучить такое в реальности, потребуется не одна ревизия плат. Расположение и технологии еъедят свои децибелы. Хотя у вас может и не стоят такие требования.

Правильно рассуждаете.
Просто с меня пока не спрашивали, не было конкретных требований по динамике, вот и не измерял. Мне , конечно, самому интересно, когда сделаю, не знаю, но непременно поделюсь результатами. Проблема еще с методикой измерений. Если я, например, измеряю IP2-IP3 в КВ диапазоне, то использую разделительные фильтры для суммирования сигналов двух генераторов и отфильтровки тональных составляющих перед подачей на спектроанализатор. А здесь на 30-1000MHz придется использовать для суммирования генераторов обыкновенный широкополосный сплиттер и без разделительного фильтра на выходе усилителя. Не знаю, хватит ли динамического диапазона спектроанализатора, чтобы интермодуляции спектроанализатора не мешали увидеть интермодуляции испытуемого усилителя (спектроанализатор FSEB30 Rohde@Schwarz).
Песня о динамическом диапазоне будет не полной, если не сказать о шумах по выходу (имеются в виду внутренние шумы усилителя). Измерение коэффициента шума по выходу - это отдельная проблема, связанная с экранированной камерой (ее наличием). В данном случае маленькая коробка не подойдет, чтобы не изменять импеданс вибратора, который тоже влияет на шумы.

Несмотря на то что это Rohde@Schwarz, этот из дешевых простеньких. С ним неудастся намерить. Посмотрите в сторону хороших вектрников.

Как Вы в принципе собираетесь измерять шумы? Это в диапазоне 50-3000 МГц? Если бы входное сопротивление было 50 Ом, проблем нет, но у Вас входное сопротивление не 50 Ом. все ГШ расчитаны и калибруются в 50 омном тракте. На ВЧ 1-3 ГГц можно ставить ферритовые вентили, а как на НЧ согласовать? На этих частотах только по точкам измерять. Экранированная камера как раз незачем. Интересно, поделитесь методикой, если будите измерять.

Дело в том, что для активной антенны надо измерить шум, который дает сам усилитель, а не внешний шум. В антенной технике вместо коэффициента шума используется понятие шумовой температуры или то же самое спектральная плотность шума. Если даже используется термин "коэффициент шума", то только как нормирующий множитель для спектральной плотности шума в единицах dB*kT. Для того, чтобы оценивать динамический диапазон и чувствительность, надо знать спектральную плотность шума на выходе усилителя (а не коэффициент шума) при условии, что ко входу усилителя подключен штатный источник сигнала, коим является вибратор. Никакой ГШ при этом не нужен. И мне входное сопротивление усилителя знать не надо. ГШ используют при измерении коэффициента шума усилителей и приемников, а меня интересует спектральная плотность теплового шума, рожденного самим усилителем на выходе. Отсеять внешние шумы при измерении можно только надежной экранировкой. Измерять спектральную плотность шума можно спектроанализатором. Многие спектроанализаторы имеют режим шумового маркера, дающего результат в dBm/Hz. Собственные шумы спектроанализатора можно легко учесть при этом.

Моя антенна до 1000MHz. Выше начинается провал ДН в главном направлении.

Спасибо, это Вы мне про СПМШ обьяснчете???Какой спектроанализатор? Вы измерением КШ занимались? Я Вам обьяснил, как нужно измерять КШ(F, КТо, ед СПМШ, дБ) . В дБм/Гц можно фазовые шумы гетеродина измерить, но не широкополосных устройств. Методики измерения Кш ВНИИФТРИ выпускает. Только не спектральную плотност, а спектральную плотность мощьности шумов. Можно измерять в любых единицах. которые я привел, они взаимосвязаны, например 2 ед СПМШ =3 дБ =300К. Если можете измерить Кш усилителя без калиброванного ГШ, это что то новое, нигде в мире этого не могут. Принципиальная ошибка, у Вас ко входу усилителя подключен вибратор, который имеет собственные неизвестные шумы. поэтому Вы получите мощьность шума на выходе системы, но не усилителя. Что и как шумит Вы не узнаете.Прчем все рассогласования будут искажать истинную картину шума каждого элемента устройства. Вы думаете мой ник с потолка?

Спасибо за книгу. Буду восполнять пробелы.
Правильно ли я понимаю: если у меня в каждом плече сопротивление будет 100 Ом, то поставив симметрирующий трансформатор 1:1 (балун) получу несимменричную линию 50 Ом.

2 noise1

Не дадите ссылку на методику измерения коэффициента шума усилителей.

dBm/Hz - это и есть спектральная плотность, в милливатах на герц (в логарифмическом масштабе). По умолчанию она всегда по мощности. Не существует приборов или методик, которые бы давали частотную зависимость спектр.плотности сразу в широкой полосе (по примеру анализаторов цепей с трекинг-генератором), поэтому измерять приходится на фиксированных частотах.
Не сомневаюсь, что на коэффициенте шума Вы собаку съели, но для антенны понятия КШ не существует. Приемная антенна с точки зрения электротехники есть двухполюсник, который имеет выход, но не имеет входа. Есть шумовая температура антенны T, или ее СПМШ=kT. Что и как шумит внутри антенны, антенщиков интересует лишь с точки зрения минимизации выходной СПМШ, обусловленной тепловыми шумами. В любом случае измеряют СПМШ на выходе антенны, или в случае активной антенны, выходной СПМШ активной антенны, то есть выходная СПМШ системы вибратор-усилитель. Собственная СПМШ вибратора, который он дает в экранированной камере не может превысить kT0 (-174dBm/Hz), какой бы у него ни был импеданс, фундаментальные законы физики не позволяют. Согласен, антенный усилитель имеет свой коэффициент шума. Импеданс вибратора влияет на коэффициент шума антенного усилителя, и, конечно, на выходную СПМШ усилителя, но опять-таки, здесь важен результат, поэтому измеряют СПМШ на выходе усилителя при подключенном вибраторе при отсутствии внешнего шума. Затем для оценки чувствительности антенны по напряженности поля или по плотности потока мощности выносят антенну на открытое пространство и получают суммарную СПМШ антенны, которая для хорошей антенны должна хотя бы на 3dB превышать тепловую СПМШ (реально такое соотношение можно обеспечить на частотах не выше 100-150MHz). Также сравнивают внутреннюю шумовую температуру активной антенны с шумовой температурой внешнего пространства, или по Маркову-Сазонову вычисляется абсолютная чувствительность антенны в dB на градус шумовой температуры: делится антенный коэффициент усиления на внутреннюю шумовую температуру.
Согласен, точность измерения СПМШ с калиброванным ГШ методом сравнения выше, чем просто измерять спектроанализатором на фиксированных частотах, но не всегда и не у всех имеется калиброванный ГШ.
Да, приходилось измерять КШ без ГШ, да простит меня весь мир. Измерял КШ тюнера L-диапазона. Так как КШ численно равен эквивалентной СПМШ, приведенной ко входу и пронормированной относительно kT, спектроанализатором измерял СПМШ на выходе (в dBm/Hz), затем через коэффициент передачи пересчитывал на вход. Теоретически вроде правильно, но погрешность одному Вам известно какая.



Если на симметричном входе простейшего симметрирующего трансформатора желательно иметь входное сопротивление плеча 100ом или, тем самым, дифференциальное входное сопротивление 200 ом, то несимметричный выход должен быть нагружен на 200 ом. При этом волновое сопротивление линии внутри трансформатора также должно быть 200ом, но проблема в том, что на практике чем выше волновое сопротивление трансформатора, тем он менее широкополосный. Если нагружаем выход на стандартное 50ом, то входное сопротивление плеча со стороны симметричного входа 25 ом. Трансформатор 50/50 ом легче реализуется в широкой полосе.

Большое спасибо за подробное объяснение. Теперь все понятно.

Для широкополосного измерения Кш существуют измерители Х5....., Аджелент и т.д. Измерить шумы тракта, без антенны не проблема, Как писал, на вход ГШ и между ним и входом усилителя согласующее устройство. На НЧ, обычный П контур, на частотах более 500 МГц , согласующие трансформаторы сопротивлений , выпускаются стандартные из состава ХК5-49 (500-1800 Мгц), Х5-29 (1-4ГГц), Х5-32 (3,2-12 ГГц) и т.д. , до 38 ГГц. Правда в этом случае придется измерять по точкам, т.к. согласование получается в очень узком диапазоне. Антенны не измерял, поэтому и спросил, как это делается. Вероятно измерив Кш усилителя можно подсоединить антенну и посмотреть , что получится. При малых шумах экранировка очень сложная. Даже камеры с двойной экранировкой и с покрытием радиопоглощающем материалом не помогут. Просачивание по сети( ставили отдельный источник) и уходили под землю. Фокус в том, что проявляются шумы самой камеры.
Методики измерения хорошо описаны Алмазов-Довженко " Измерение шумов в СВЧ диапазоне". Работает на "ИСТОК". Если надо, вышлю ТО от измерителей Кш, там все расписано. Можно обратится во ВНИИФТРИ Уздин Р.И., это хранитель эталонов ГШ и нач. лаборатории. Компетентней его по измерению шумов в стране нет.
Если Вы на Украине, то на Киевский "САТУРН", они занимаются измерением шумов.

В принципе применяются методы замещения набором калиброванных антенн, или описанные в http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/downl...p1&type=pdf и http://www.astro.caltech.edu/USNC-URSI-J/O...161_Gawande.pdf - это уже больше оценочные методы, чем измерения ИМХО.
На Сатурне тройку лет назад надо было провести измерение шумов усилителя 250МГц - полдня искали калибровку ГШ от Х5-30. Не нашли. Так давно они не проводили измерения. Спасло, что хозяин прибора на память помнил некоторые значения - таки померяли. Народ тихо дожидается пенсий. По крайней мере тогда.

Как измерили? Х5-30 имеет диапазон 2-120 МГц. 250 МГц можно Х5-9, Х5-15, ХК5-48 ....- 50. ГШ каждый год должны аттестовываться. Жаль, что так с Сатурном, там хорошие транзисторы на арсениде галлия делали. Для космоса тоже много работали. Успехов Вам.

Могу и ошибаться. Времени достаточно прошло, а измерение было разовое. Но прибор мне внешне сильно напомнил Х5-29, с которым я долго работал. Да и вроде Х5-30 10-1250МГц. Мы делали свой источник шума на вольфрамовой спирали от лампочек (это до такой степени так плохо было в моем НИИ), на нагретом/холодном прецизионном резисторе 0603 и на обратнопробитом эмиттерно-базовом переходе BFR93 или 2SC3356. У Бердера на Элисате (фирма при Сатурне) нам надо было только подтвердить наши измерения. С эмиттерно базовым пробоем и аттенюатором получилось достаточно приемлемо (цифры Кш были в пределах 1-3дБ). Но еще раз - это все в далеком прошлом.

Если у Вас кто то есть в России, могу твердотельный ГШ переслать с калибровкой 10 -4000 МГц, или на ГШВ-1А(2Д2С) 2-600 МГц, у которого можно плавно изменять Кш. Это все наши установки, от Х5-9 до ХК5-50. Если есть вопросы, skype noisex5-xx1

Спасибо, может года 3 назад это было бы очень актуально, но сейчас мы все уволились с прежнего места работы и ушли в другую область - ЦО спутниковых сигналов. Здесь бываю просто уже по привычке. Но, я думаю, народу здесь такие вещи весьма нужны и он воспользуется Вашим предложением.

Боюсь показаться нескромным, но если бы Вы нам его "переслали" моей благодарности не было бы предела.

Адрес? Это будет после нового года. Сейчас очень занят в миллиметрах. Устроит?

Устроит. Очень Вам благодарен.
Интересует твердотельный ГШ 10 -4000 МГц.

Наткнулся на программу расчете Кш антенн. Может кому интересно.
http://www.om6aa.eu/antc.php

Proffessor, у Вашей антенны размеры антенных элементов примерно какие? А можно фото всей конструкции?

Общая длина вибратора 290mm. Справа - пассивный широкополосный вертикальный несимметричный вибратор, относительно которого оценивается выигрыш в коэффициенте усиления. В середине диапазоно он +20dB, на краях опускается до +10dB.

Большое спасибо за ответ.

Не отпускает эта тема
Proffessor, при измерении коэффициента усиления какое примерно было расстояние между приемной и передающей антеннами?
И еще - не проводили ли такой эксперимент: поворот антенны вокруг горизонтальной оси на 180 градусов, как при этом изменятся показания приборов?
Спрашиваю вот почему: антенна таких размеров на низких частотах должна показывать заметный антенный эффект (прием на фидер). То есть, если поднести к фидеру руку и прикоснуться, или перевернуть антенну - приборы должны все это хорошо "чувствовать". У Вас такое наблюдалось? Спасают ли от таких явлений трансформаторы на выходе или нужно применять дополнительные меры (может быть, ферриты на фидер надеть)?

Сравнительные измерения по отношению к "кактусу" - по приему внешних сигналов.
Абсолютный коэффициент усиления не измерялся за отсутствием калиброванных антенн и безэховой камеры. По антенному эффекту завтра проверю. По идее при горизонтальном наклоне должен проявить себя поляризационный эффект. Например, если принимается сигнал с вертикальной поляризацией и диполь установлен вертикально, при наклоне уровень должен уменьшаться. Антенный эффект фидера, если он есть, должен сглаживать эту зависимость, то есть сводить поляризационные свойства диполя на нет.

Проверил по самой мощной FM-станции на 100,8MHz на спектроанализаторе. В вертикальном положении диполя уровень сигнала -39dBm. Наклон влево на 45град дает повышение на 3dB, наклон вправо на 45 и на 90град дает уменьшение на 3dB, ферритовые кольца, надетые на фидер (1,5м кабеля RG58) у антенны ничего не меняют. По-моему, все просто, прямой видимости нет, сигнал в условиях комнаты меняет поляризацию и может быть даже на круговую. Это если бы на крыше проверить, но пока нет возможности. В комнате все же влияние местных предметов может быть существенным.
А вот только что на трехметровом расстоянии запитал "кактус" на 99MHz с генератора Г4-158 и увидел поляризационную развязку 17dB с ферритом и всего 7dB без феррита. Причем минимум сигнала при наклоне где-то 45град, наверное из-за влияния близких железяк. Так что феррит на фидере нужен... (5 колец К16х8х6 проницаемостью 2000)

Спасибо, много информации для размышлений.
Все-таки самый лучший способ определения антенного эффекта – именно поворот вибратора на 180 градусов. На одной частоте не всегда удается увидеть, может сильно изменяться по диапазону.
Развязку по радио- и ТВ станциям смотреть опасно (ИМХО), т. к. не всегда их поляризация известна, а многие работают с горизонтальной поляризацией.
Смотрели как-то влияние ферритов на антенный эффект укороченной антенны. Если их закрепить на фидере в одном месте, эффект не исчезает, а только перемещается по диапазону. Картина улучшается при размещении ферритов по фидеру равномерно (и почаще ). У Rohde & Schwarz вообще часть кабеля покрыта кольцами всплошную:

Запасаться ферритовыми трубками и кольцами - святое дело.

Что это за антеннки, можно узнать?

Вверху - пеленгационная антенная система Rohde & Schwarz ADD253:
http://www2.rohde-schwarz.com/product/ADD253.html
Внизу - приемная антенна Rohde & Schwarz HE500:
http://www2.rohde-schwarz.com/en/products/...nnas/HE500.html

Здесь http://www.radioscanner.ru/forum/topic45027-2.html#msg884638 я привел результаты вичислений КПД и КУ своей антенны в диапазоне частот 100-1000MHz. Ниже 100MHz не приводятся S-параметры транзисторов ATF54143. В принципе КПД=23dB хорошо стыкуется с результатом сравнения с кактусом по внешнему сигналу на частоте 460MHz. Там был выигрыш по уровню сигналов на 20dB и выигрыш по отношению сигнал/шум был 13dB.

Proffessor, а из каких соображений выбирались номиналы R5 и R6 (в вашем варианте схемы еще наверно и R7) ?
Читал аппликейшн ноут 1222 на 54143, но из нее как их подбирать как-то не очень понятно...

Посмотрите Application Note 5057 "A 100MHz to 500MHz Low Noise Feedback Amlifier", номиналы R5, R6 взяты оттуда один к одному, это вроде бы дополнительная развязка цепей смещения и питания, там еще последовательный резистор в стоке тоже 4,7R, скорее для согласования по выходу. Просто в той аваговской схеме применена параллельная ООС, понижающая выходное сопротивление каскада. У меня же получается наоборот - высокое выходное сопротивление из-за отсутствия ООС, поэтому для досогласования по результатам моделирования схемы в AWRDE я поставил параллельные резисторы R8, R11. Но оставил место под R7, R10 на всякий случай, может придется гасить возбуд... Но возбудов нет, поэтому у меня они по 0 ом.

Частота 30МГц. Диполь длиной 0.03 длины волны. Сопротивление излучения 0.2-0.3 Ома, остальное - потери. Посадив его на материал с тангенсом потерь 0.02 получаем эффективность всего излучателя ну пусть даже 5 процентов. В чем смысл введения текстолита, на обогрев которого идет оставшиеся 95?

Для диполя из тонкого провода оно так и будет, но вообще-то для плоского диполя данной конфигурации (бабочка) на 30MHz сопротивление излучения 3,45ом (рассчитал uve в пакете HFSS). А по какой методе Вы посчитали эквивалентное сопротивление потерь в стеклотекстолите, из которого следует КПД=5%?
Стеклотекстолит специально не вводился, просто оказалось технологически проще всю антенну вместе с усилителем выполнить как единую плату. Посмотрите хотя бы изображение внутренностей пеленгационной кольцевой решетки Роде-Шварца в этой же ветке (пост №36). Обратите внимание, как там выполнены диполи.

Для малого диполя (Lam/50 < Ldip < Lam/10) сопротивление излучения в первом приближении Rr=20*pi^2*(Ldip/Lam)^2 и практически не зависит ни от диаметра ни от формы.
Прикидочный расчет дает в IE3D эффективность около 3% на бесконечном диэлектрике, HFSS - около 3.5 на конечном.

Поставил R5 (делаю с пассивным смещением) равным 1МОм, тогда он ни на что в RF части усилителя не влияет и деталей не надо лишних... Вроде по модели в АДС все токи и напряжения получаются как надо. Основной анализ идет по готовым s2p аваги (соответственно ток и напряжение к ним подгоняю), по ним усилитель получается и стабильный, и как надо согласованный, надеюсь в жизни тоже все будет нормально.

Proffessor, не измеряли ли при отключенных антенных элементах коэффициент передачи только усилителя? Если да, то сколько примерно получается и как изменяется по диапазону?

этот коэф. часто как бы сильно непросто померить... отключить антенну сложно, т.к. усилитель рассчитан на работу с конкретно ее импедансом и с конкретно ее (наверно) способом подключения, поэтому присоединив на вход (как-то) 50Ом-ный коаксиал мы очень сильно изменим согласование по входу и как следствие NF, усиление и тд.
По хорошему надо мерить в безэховой камере 3D ДН антенны и смотреть в конечном итоге КУ. В активной антенне нельзя(и наверно не нужно) разделять понятие КУ антенны и собственно усиление усилителя, это единое целое.

Да где-ж вы тут согласование-то нашли ?

Скорее всего имеется в виду конкретное значение коэффициента согласования, который зависит от импеданса диполя и входного импеданса усилителя. Изменение коэффициента согласования влечет изменение коэффициента шума и антенного коэффициента усиления.
Вот результаты моделирования самого усилителя в AWRDE (без диполя). S-модель транзистора официальная от производителя. Здесь VTG - коэффициент передачи по напряжению, MSG - максимальный устойчивый коэффициент усиления.