2015年国赛D题-增益可控射频放大器.doc
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1、0D D 题题 增益可控射频放大器增益可控射频放大器电子科技大学电子科技大学作者:谭文作者:谭文 张育铭张育铭 易嗣为易嗣为1摘要摘要 本系统由电流反馈型运算放大器 AD8009,程控衰减器 HMC307 构建而成。系 统前级通过级联四片 AD8009 实现 46dB 固定增益放大,由前级衰减器和中间级 衰减器实现 4dB66dB 总动态增益范围,后级由 RF3827 做功率级保证输出有效 值 2V 以上且波形不失真。系统各部分采用屏蔽盒进行电磁屏蔽,各个模块独立 线性稳压电源供电,提高稳定性和抗干扰能力。经测试,本系统达到了题目的 所有要求。 关键词:射频宽带放大器、HMC307、AD800
2、9AbstractAbstractThis system consists of current feedback amplifier AD8009 and digital attenuator HMC307.The primary System achieve 46dB fixed gain by cascading 4 AD8009 and achieve 4dB66dB gain dynamic rang with two digital attenuatores. To reach 2Vrms output without distortion,we use RF3827 as fin
3、al amplifier . All parts of system are warped up by shielding box protected from EMI.Every module are supplyed by separate LDO to enhance systems stability and anti-jamming capability.This system pass text andmeet all request of subject 2一、系统方案.4 1.1 程控增益的论证与选择.4 1.2 固定增益放大器的论证与选择.4 1.3 输出缓冲级放大.4 1.
4、4 滤波器设计.4 1.5 总体框图.5 二、系统理论分析与计算.5 2.1 宽带放大器设计.5 2.2 频带内增益起伏控制.5 2.3 射频放大器的稳定性分析.6 2.4 增益调整.6 三、电路设计.6 3.1 固定增益模块设计.6 3.2 程控增益模块设计.6 3.3 后级射频功放模块设计.7 四、测试方案与测试结果.8 4.1 测试仪器.8 4.2 测试方案及测试条件.8 (1)测试阻抗匹配和负载设置.8 (2)放大器电压增益测试.8 (3)放大器 BW-3dB及增益平坦度测试.8 4.3 测试结果及分析.8 (1)放大器电压增益测试.8 (2)放大器 BW-3dB带宽测试.8 五、参考
5、文献.93增益可控射频放大器(增益可控射频放大器(D 题)题)【本科组本科组】一、系统方案一、系统方案本系统主要由程控增益模块、固定增益放大模块、滤波器模块、功率放大 器模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。1.11.1 程控增益的论证与程控增益的论证与选择选择方案一:采用 HMC743ALP6CE 数字可变增益放大器。这款芯片可以实现- 45dB 到+18dB 的增益调节,步进 0.5dB,在 50MHZ 到 200MHZ 范围内最大增益波 动0.5dB,且该芯片+5V 供电,能很好的满足题目要求+12V 供电,该芯片性能 优良,很好的满足了题目的要求,并且-45dB 到+18dB 的调节
6、范围使后级系统设 计更加灵活,然而该芯片价格昂贵,竞赛期间难以采购,故采用其他方案。 方案二:采用 PGA870 数字可变增益放大器,此芯片增益范围为- 11.5dB20dB,能够满足题目 12dB40dB 动态范围,但是其动态范围不能满足 发挥部分要求步进至 52dB 以上。更大的缺点是,经过实测,其带内起伏波动太 大,不适合本题带内波动小于 2dB 的要求。 方案三:采用 HMC307 程控衰减器+固定增益放大器实现增益步进可调, HMC307 衰减步进 1dB,动态范围 031dB,增益误差0.5dB,如果采用一级衰 减,其动态范围同样很小,采用两级级联可实现 0dB-62dB 的动态范
7、围,经过 实测,其带内起伏小于 1dB,且其增益误差小,完全满足题目要求。 综合考虑,方案三绿色环保,实现简单方便,故采用此方案。1.21.2 固定增益放大器的论证与选择固定增益放大器的论证与选择对于高速宽带放大,电流型运放具有特有的优势,性价比较高。考虑到每 一级放大带宽不小于 100Mhz,且增益为 20dB,因此选择我们队平常训练常用的 高速电流型运放 AD8009,该运放小信号带宽 1GHz,大信号带宽 440MHz,压摆 率 5500V/us,完全能满足系统要求。1.31.3 输出缓冲级放大输出缓冲级放大方案一:采用两片 AD8009 并联输出进行功率合成,经过实测,难以保证两 路信
8、号相位完全重叠,容易引起信号失真。 方案二:采用 RF3827 作为后级功率输出芯片,该片子固定增益 20dB,带宽 5M1500M,P1dB 压缩点 24dBm,而我们的系统总共需要 19dBm,经过测试,输出4有效值最大可达 2.8V,完全满足我们的需求。 1.41.4 滤波器设计滤波器设计采用高 Q 值电感与精密电容,分别制作 8 阶低通滤波器与 8 阶高通滤波器, 通过级联两个滤波器实现发挥要求(四):电压增益 AV52dB,当输入信号频 率 f20MHz 或输入信号频率 f270MHz 时,实测电压增益 AV 均不大于 20dB。1.51.5 总体框图总体框图经过以上综合分析,我们得
9、到如下系统框图(图 1.5.1):图 1.5.1 总体框图二、系统理论分析与计算二、系统理论分析与计算2.12.1 宽带放大器设计宽带放大器设计经过方案论证,本系统采用运算放大器实现,按照题目发挥部分的要求, 输入信号有效值 Vi5mV,输出电压有效值2V,即峰峰值 Vpp5.6V-3dB 带宽 大于 200Mhz,若采用单级运放,增益带宽积要达到 GBP=398.1200M=79.6G, 单级放大甚至两级放大都是难以做到的。因此,通过将单级增益保持在 20dB 以 下,加上多级级联的方式实总增益 52dB 的目标。本系统中,前级采用单级程控 衰减器 HMC307(带宽为 DC4G,动态范围
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