9.2.1 Активные магнитные антенны

В случае устройств с чисто реактивным источником сигнала, как известно, коэффициент шума не имеет смысла. В связи с этим для анализа шумов в АМА следует пользоваться отношением сигнал/шум, которое не зависит от характера внутреннего сопротивления источника сигнала.

Обобщенная шумовая схема АМА показана на рис.9.8,а, где и - корректирующие конденсаторы; - внутреннее сопротивление МА; - ЭДС, наводимая в МА; и - шумовые и в общем случае коррелированные источники напряжения и тока УРЧ. Для частот , где - граничная частота транзистора, шумовую схему АМА и анализ ее шумовых характеристик можно значительно упростить, если считать источники тока и напряжения на рис.9.8,а некоррелированными.

Приведем обобщенную шумовую схему АМА к виду, представленному на рис.9.8,б. Здесь

, .

Для модулей и :

(9.9)

(9.10)

где

Рис.9.8

и - индуктивная и активная составляющие внутреннего сопротивления МА.

Напряжение шумов, приведенное к источнику сигнала, равно

(9.11)

а отношение напряжения сигнала к напряжению шумов (отношение сигнал/шум):

(9.12)

Максимизация отношения сигнал/шум обеспечивается соответствующим выбором параметров АМА.

Возможны следующие варианты построения АМА: нерезонансный, с последовательным резонансом, с параллельным резонансом и с комбинацией последовательного и параллельного резонансов. Кроме того, АМА может быть широкополосная (неперестраиваемая) и узкополосная (перестраиваемая) (рис.9.9).

Рис.9.9

В широкополосном варианте за счет действия общей параллельной ООС формируется выходное напряжение, не зависящее от частоты сигнала. Это происходит благодаря тому, что коэффициент передачи АМА с ростом частоты уменьшается, а действующая высота пассивной антенны увеличивается. В постоянстве выходного напряжения и заключается один из элементов интеграции пассивной МА и усилителя в единое устройство – АМА.

Схема активной нерезонансной магнитной антенны представлена на рис.9.10.

Рис.9.10

Для нерезонансной антенны e^/_H = e_H, =Z_Г при

Действующая высота пассивной МА равна

, (9.13)

где - длина волны;

- число витков;

- площадь сечения;

- относительная магнитная проницаемость антенны.

Реальная чувствительность нерезонансной АМА рассчитывается по формуле

, (9.14)

Реальная чувствительность нерезонансной АМА минимальна на нижней частоте рабочего диапазона и повышается с ростом частоты из-за увеличения действующей высоты (кривая 1 на рис.9.11).

Рис.9.11

Шумовое согласование для активной магнитной антенны выполняется на некоторой частоте , где .

Для четырехполюсника, представленного на рис.9.8, оптимальное сопротивление источника сигнала, при котором отношение сигнала/шум на его входе максимально, равно

. (9.15)

Шумовые параметры биполярного транзистора определяются согласно выражениям:

, (9.16)

, (9.17)

где - коэффициент передачи по току схемы с общим эмиттером;

- омическое сопротивление базы транзистора;

- диффузионное сопротивление эмиттерного перехода;

= 0,026 В - температурный потенциал.

Подставляя выражения (9.17) и (9.18) в (9.15), получим при большом значении

(9.18)

Для полевого транзистора справедливы следующие приближенные соотношения:

(9.19)

(9.20)

где S – крутизна передаточной характеристики,

С_зи – емкость затвор-исток.

Для нерезонансного варианта частота шумового согласования равна нижней частоте диапазона, где действующая высота антенны минимальна. Варьируя величиной , можно изменять частоту с целью улучшения характеристик АМА в многодиапазонных вариантах.

Рис.9.12

Рис.9.13