От МШУ стремятся получить большое усиление сигнала и малые собственные шумы. Коэффициент усиления мощности МШУ k2 должен быть большим, чтобы шумы последующих каскадов приемника практически не влияли на его коэффициент шума. Эффективная шумовая температура МШУ лежит в пределах 80…2000 К, в зависимости от назначения приемника. Полоса пропускания должна составлять сотни мегагерц для МШУ, предназначенных для одновременного усиления сигналов нескольких стволов, и десятки мегагерц для МШУ, работающего на один ствол. Обычно полосу пропускания указывают в процентах от центральной частоты f1. Как любое устройство высокочастотного тракта, МШУ должен иметь равномерные АЧХ и характеристику ГВЗ. Определенные требования предъявляют к конструкции МШУ. В приемниках земных станций предпочтительна конструкция, позволяющая разместить МШУ в непосредственной близости от антенны: в подзеркальной кабине либо в фокусе антенны. Она позволяет исключить АФТ, следовательно, снизить потери сигнала и увеличить отношение сигнал-шум на входе МШУ. Для приемников КС ССС важны малые потребление, габариты, масса.

Основные типы МШУ. К ним относят усилители на ЛБВ, усилители на туннельных диодах (УТД), параметрические и транзисторные. Малошумящие усилители на ЛБВ и УТД имели одинаковую область применения - приемники КС ССС. В связи с тенденцией перехода на аппаратуру на твердотельных приборах от МШУ на ЛБВ сейчас отказались. Усилители на туннельных диодах обычно обеспечивают коэффициент усиления 15…20 дБ и коэффициент шума 5…8 дБ, а полоса пропускания может достигать 0,5f1 . Они являются регенеративными усилителями. Для УТД характерны такие недостатки, как малый динамический диапазон, нестабильность параметров, неустойчивость работы. В связи с достижениями в области разработки малошумящих СВЧ транзисторов появилась тенденция замены УТД транзисторными МШУ. Параметрические усилители (ПУ) широко применяют в приемниках ТРЛ и земных станций ССС, а транзисторные МШУ - в приемниках ЗС и КС ССС. Иногда их объединяют в комбинированные МШУ, в которых первые каскады - параметрические, а последующие - транзисторные. В параметрических усилителях (рис.6.4) на параметрический диод VD подают входной сигнал через ФЦ и фильтр сигнала ПФI и колебания генератора накачки ГЕН через фильтр накачки ПФ2. К диоду присоединен также фильтр ПФ3, называемый холостым контуром. Фильтры реализуют в виде объемных резонаторов. Балластная нагрузка R поглощает отраженную часть энергии от входа и выхода усилителя. Отраженная волна возникает при неполном согласовании. Параметрический диод - варактор, работающий в режиме нелинейной емкости. Амплитуда сигнала на входе параметрического усилителя настолько мала, что изменение емкости варактора под воздействием сигнала носит линейный характер. Гармоники с частотой сигнала в схеме не возникают. Под воздействием колебаний накачки большой амплитуды на нелинейной емкости появляются комбинационные колебания с частотами f=±f1±kfH , где f1 и fH - частоты входного сигнала и колебаний генератора накачки: k=1,2,3,…

Параметрический усилитель, выполненный по схеме рис.6.4, называют двухконтурным регенеративным отражательного типа. В нем для развязки входного и выходного сигналов служит ФЦ. Если выбрать fH=2f1, то fK=f1, и один и тот же контур может служить как для выделения частоты сигнала, так и для выделения близкой к ней разностной частоты fк . Такой ПУ называют одноконтурным.

Если в двухконтурной схеме снимать сигнал не с фильтра сигнала, а с холостого контура, то получим регенеративный преобразователь (рис.6.5). В приемнике с регенеративным преобразователем гетеродинный тракт содержит смеситель сдвига СМ.СДВ. На этот смеситель поступают колебания опорного АГ частотой f10 и колебания генератора накачки. Полосовой фильтр ПФ4 на выходе смесителя сдвига выделяет колебания частоты fко=fH - f10. Промежуточная частота на выходе смесителя приемника СМ.ПР.

При таком построении гетеродинного тракта стабильность ПЧ не зависит от стабильности генератора накачки.Мощность тепловых шумов на выходе параметрического усилителя складывается из мощности шумов, поступающих из антенны, мощности шумов, вносимых элементами схемы - параметрическим диодом и фильтрами, и мощности шумов нагрузки. Последняя составляющая учитывает собственные шумы устройства, подключенного к выходу усилителя. В схеме рис. 6.5 нагрузкой является входное сопротивление смесителя. Шумы этого сопротивления попадают вместе с колебаниями частоты fк на VD и там усиливаются так же, как и сигнал. Иными словами, вследствие того, что входная и выходная цепи не развязаны, регенеративный усилитель усиливает шумы нагрузки так же, как и шумы антенны. Мощность шумов нагрузки на выходе схемы пропорциональна k2 . В схеме рис.6.4 шумы нагрузки не попадают во входную цепь. На выходе такого усилителя мощность шумов нагрузки тем меньше, чем больше k2 . Благодаря развязке входной и выходной цепей, усилитель отражательного типа обладает меньшими собственными шумами. Он имеет и другие преимущества: более устойчив в работе, поскольку сопротивление нагрузки практически не влияет на согласование входной цепи; потребляет меньшую мощность от генератора накачки, в связи с чем современные параметрические усилители - преимущественно отражательного типа.

Рисунок 6.6. Спектр частот в приемном усилителе

Варактор работает при отрицательных напряжениях смещения. Постоянного тока в цепи варактора практически нет, поэтому в ней отсутствует дробовый эффект. Следовательно, варактор практически не вносит тепловых шумов. Из-за этого параметрические усилители имеют низкие собственные шумы. Кроме того, уменьшить собственные шумы можно, снизив Т, т.е. охлаждая усилитель. Обычно применяют криогенное охлаждение первых каскадов. Их погружают в криостат с жидким азотом, температура которого 77К. Более глубокое охлаждение можно получить, применив жидкий гелий, температура которого 20К.Генераторы накачки работают на частотах в 10…15 раз более высоких, чем частота сигнала, при выходной мощности 10…100МВт. Такие генераторы выполняют на клистронах, диодах Ганна, ЛПД, а также по схеме АГК с последующим умножением частоты. Применяют специальные меры, чтобы поддерживать стабильными выходную мощность и частоту генератора накачки, так как они влияют на стабильность работы усилителя. В современных параметрических усилителях предпочтение отдают генераторам накачки на твердотельных приборах.