电子系统的射频与天线考查答案参考

图 2 AD8302 电路连接图
3、模数转换及控制 要求输出数字信号位数大于 12 bits。采用 Burr-Brown 公司生产的逐次逼近 式串行 16 位微功耗 CMOS 型高速 A/D 转换器 ADS8320， 它的线性度为± 0.05%， 工作电源在 2.7V～5.25V 范围内，采样频率最高可达 100kHz；在 2.7V 供电和 100kHz 采样速率下，其功耗仅为 1.8mW，而在 10kHz 低速采样时的功耗仅为 0.3mW； ADS8320 具有同步串行 SPI/SSI 接口，因而占用微处理器的端口较少。 采用 STC89 C51 单片机控制, ADS8320 采用单电源 Vcc(2.7V～5.25V)供电， 外接 参考电源直接由供电电源来提供，此时模拟输入的最大范围为 Vcc。串行接口的 外部时钟 DCLOCK 及芯片的片选信号由单片机的 P1.0 口和 P1.2 口控制产生， 转换结果由 P1.2 读取。ADS8320 与 STC89C51 的连接图如图 3 所示。
图3
通常在低频条件下, 对幅度和相位进行测量的方程式如下:
VMAG RF LSLP log(VINA / VINB ) VCP
VPHS RF I (| (VINA ) (VINB ) 90 |) VCP
在幅度测量方程中， RF LSLP 代表的斜率为 30mV/dB，在中心点 900mV 处，其增 益为 0dB， －30dB～+30dB 的增益范围对应于 0V～1.8V 的输出电压范围；而在 相位测量方程中， RF I 代表的斜率为 10mV/度, 中心点 900mV 所对应的相位为 90 度， 0 ～-180 的相位范围对应于 1.8V～0V 的输出电压范围。 应用一 放大器或混频器增益和插入相位的测量
AD8302 最基本的应用是监测诸如放大器、混频器等电路的幅度和相位的响 -2-
应特性。图 4 所示的运用 AD8302 来测量放大器增益和插入相位的具体电路。该 电路通过定向耦合器 DCB 或 DC A 来耦合取样黑匣子的输入和输出信号 , 衰减器
ATTENA 和 ATTEN B 的作用是使定向耦合器耦合取样的信号幅度低于 AD8302 输
图1
图2
AD8302 主要有测量、控制器和电平比较器三种工作方式，但其主要的功能 是测量幅度和相位。其幅度、相位测量方程式为：
VMAG VSLP log(VINA / VINB ) VPHS V [(VINA ) (VINB )]
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其中， VINA 和 VINB 分别为 A、B 两通道的输入信号幅度， VSLP 为斜率， VMAG 为幅
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图 3 ADS8320 与 STC89C51 的连接图
总之，两路射频信号（350 MHz～450MHz）经过衰减网络后输入 AD8302 进行相位测量得出相位差，输出 0～1.8V 的相差电压（也可经精密放大器 MAX4108 放大到 2 倍形成 0～3.6V 的电压信号后输出） ，然后送到 A/D 转换器 件 ADS8320 进行模数转换输出，由单片机控制 ADS8320 的片选和外部时钟。
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第三题：
归纳比较 AD 公司 DDS 芯片 AD9858 与 AD9912 的性能、特点，然后提出 完成某一雷达所需的 Chip 信号（中心频率 2.5GHz，线性扫频带宽 50MHz，扫 频时宽 10us/5us/1us 可变，扫频重复频率 1KHz/5KHz 可调）产生的方案及分析。
AD9858 与 AD9912 比较：
其中， Z L 为负载复阻抗， Z O 为系统特性阻抗。测量任意负载的矢量反射系数如 图 5 所示，
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图5
CB LB PIN POPT CA LA PIN NOM POPT
其中, C A 和 CB 为耦合系数， LA 和 LB 为衰减因子， NOM 为反射系数。由于精确 的矢量反射系数可以用来计算阻抗失配水平，因此，在监测诸如天线等变化负载 阻抗的应用中是非常有用的。 因为变化的负载阻抗可能导致系统性能的降低，有 时甚至可能引起系统的物理损坏，因此，实时监测变化负载阻抗的矢量反射系数 将是十分有意义的。
ad8302analogdevice公司的用于rfif增益和相位测量的单片集成电路主要由精密匹配的两个宽带对数检波器一个相位检波器输出放大器组一个偏置单元和一个输出参考电压缓冲器等部分组成能同时测量从低频到27ghz频率范围内的两输入信号之间的幅度比和相位差
《电子系统的射频与天线》
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入 信 号 幅 度 的 动 态 范 围 。 对 于 50 系 统 而 言 , 其 两 通 道 最 佳 点 位 于
POPT 30dBm 处,为了达到最佳点, 耦合系数和衰减因子应符合如下公式: CB LB PIN POPT CA LA PIN GAIN NOM P OPT
级的调制功能，其集成了高速并行数据输入端口以支持直接频率、相位、幅度或 极性调制。广泛应用于本振合成器、低抖动微调时钟、测试与测量设备、无线基 站及其控制器、跳频通信等领域。
设计方案：
采用 AD9858 完成某一雷达所需的 Chip 信号（中心频率 2.5GHz，线性扫频 带宽 50MHz，扫频时宽 10us/5us/1us 可变，扫频重复频率 1KHz/5KHz 可调） 。 1、系统结构 需产生中心频率为 2.5GHz 的 chip 信号，由于 DDS 产生的频率是由频率控 制 字 FCW 控 制 的 ， 改 变 相 应 频 率 的 控 制 字 即 可 获 得 所 需 频 率 产 生 2.5GHz± 25MHz 的线性扫频信号。 主要由 3 部分组成: DDS 产生部分 （AD9858）、 数据读写和控制部分（单片机） 以及信号滤波部分。图 1 为系统硬件结构框图， 其中单片机与 AD9858 的通信及对 AD9858 的控制是重点。
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第二题：
设计完成一基于 AD8302 的相差测试技术方案，要求输出为数字（经 ADC 采样）信号，并尽可能地对指标进行分配讨论。 具体指标要求： 1. 输入频率范围：350-450MHz。 2. 输入电平范围：>-60--+10 dBm。 3. 鉴相范围：1-180 度 4. 10mV/ 度 5. 输出数字信号位数：> 12 bits 6. 控制方式不限。
（提示：采用调理电路+AD8302+ADC 方案。 ）
方相差测试，相差检测系统框图如图 1 所示，
输入 输出
衰减网络
AD8302
A/D转换
控制
单片机
图 1 相差检测系统框图
1、衰减网络 由于 AD8302 的输入信号要求大于-60～+10dBm，则两路射频信号输入前要 进行衰减，采用 型衰减网络进行衰减。输入还必须经 AC 耦合，耦合电容根据 输入信号的频率范围合理设置。 两路射频信号首先经过电阻衰减网络，然后经电 容耦合输入到 AD8302 中，输入频率范围为 350 MHz～450MHz，耦合电容选择 100pF。 2、AD8302 AD8302 是 AD 公司的用于 RF/IF 幅度和相位测量的单片集成电路，能同时 测量从低频到 2.7GHz 频率范围内的两输入信号之间的幅度比和相位差。 在 50 的测量系统中，输入信号范围从－ 60dBm ～ 0dBm ，精确幅度测量比例系数为 30mV/dB，幅度典型非线性值小于 0.5dB；精确相位测量比例系数为 10mV/度， -5-
其中, C A 和 CB 为耦合系数， LA 和 LB 为衰减因子， GAIN NOM 为放大器额定增益。
图4
应用二
测量任意负载的矢量反射系数
AD8302 可用于测量相对于某一负载的入射信号和反射信号之间的幅度比 和相位差。矢量反射系数 Γ 的定义为：
反射电压/入射电压=(ZL -ZO )/(ZL +ZO )
AD9858 是 AD 公司一款高性能 DDS 芯片，其工作频率高达 1GHz。由于该 芯片在时钟输入端提供有二分频器，因而其外部时钟最高可达 2GHz。它主要由 32 位相位累加器、14 位相位偏移校正、高效 DDS 核和一个 10 位的 D/A 转换器 组成。当时钟频率为 1GHz 时，AD9858 能直接产生 400MHz 以上的输出频率。 同时 AD9858 还集成了一个模拟混频器（MIXER） ，一个相位频率检波器（PFD） 和一个具有快锁能力的可编程电荷泵 （CP） 。 AD9858 作为一个可编程 DDS 器件， 其配置相对比较简单， 频率调节字和控制字可以以并行方式或串行方式写入。将 数据写入控制与工作有关的寄存器中就可以配置 AD9858 了。 当 AD9858 工作于 点频模式时， 有四个用户定义的频率可以通过一对外部引脚来选择，这四个频率 允许用户写入四个不同的频率调节字和相位偏移字， 从而获得不同的频率和相位 偏移。 AD9858 还可以配置为扫频模式。 广泛应用于甚高频／超高频本振合成器、 雷达、蜂窝基站跳频合成器等许多领域。 AD9912 是一款内置 14 位 DAC 的 DDS 芯片，其工作频率高达 1GHz，直 接产生 400MHz 以上的输出频率。它主要高效 DDS 核、14 位 D/A 转换器组成。 AD9912 支持 48 bit 频率调谐字（FTW） ，步进可低于 4 µHz。通过调节 DAC 系 统时钟可实现绝对频率精度。 AD9912 还集成了系统时钟 PLL， 允许低至 25 MHz 的系统时钟输入。用户可以访问三个用于控制 DDS 的信号控制参数：频率、相 位和幅度。AD9912DDS 使用 48 位累加器提供快速调频和频率调节分辨率，其 采样率为 1GSPS，调节分辨率为 0.23Hz。该 DDS 也支持快速的相位和幅度切 换，具有 PLL REFCLK 乘法器。AD9912 可通过串行 I/O 端口设置其内部控制寄 存器的内容。AD9912 包含集成的静态 RAM（1024 字× 32 位 RAM）以支持多 种频率、相位和、或幅度调制。AD9912 也支持用户定义、数字控制的线性扫描 工作模式。在这种模式下，频率、相位或幅度随时间呈线性变化。为了获得更高 -8-
V 为斜率， 度比较输出；(VINA ) 与 (VINB ) 分别为 A、 B 两通道的输入信号相位，
VPHS 为相位比较输出。
当芯片输出管脚 VMAG 和 VPHS 直接跟芯片反馈设置输入管脚 MSET 和 PSET 相连时, 芯片的测量模式将工作在默认的斜率和中心点上（精确幅度测量比例系 数为 30mV/dB，精确相位测量比例系数为 10mV/度） 。实际上，在测量模式下， 电路的工作斜率和中心点是可以通过管脚 MSET 和 PSET 的分压来加以修改的。 图 3 所示为 AD8302 的测量模式连接电路。
第一题：
查找下述任一器件的 Datasheet 文献加以阅读，然后对相应器件的特点与应 用范围做出简要评述：
AD8302：
AD8302 是 Analog Device 公司的用于 RF/IF 增益和相位测量的单片集成电 路，主要由精密匹配的两个宽带对数检波器、一个相位检波器、输出放大器组、 一个偏置单元和一个输出参考电压缓冲器等部分组成，能同时测量从低频到 2.7GHz 频率范围内的两输入信号之间的幅度比和相位差。 在 50 的测量系统中, 输入信号范围从－60dBm～0dBm，精确幅度测量比例系数为 30mV/ dB，幅度典 型非线性值小于 0.5dB；精确相位测量比例系数为 10mV/度，相位典型非线性值 小于 1 度。供电电压 2.7V～5.5V，小信号包络带宽从 0 Hz～30Hz，广泛应用于 射频/中频功率放大器线性化、精确的射频功率控制、远程监测与诊断系统、回 波损耗/电压驻波比测量等。 AD8302 引脚如图 1 所示，原理图如图 2 所示。
相位典型非线性值小于 1 度。 供电电压 2.7V～5.5V。 AD8302 的鉴相范围为 0～ 180 度，符合设计要求。当芯片输出管脚 VMAG 和 VPHS 直接跟芯片反馈设置输入管 脚 MSET 和 PSET 相连时, 芯片的测量模式将工作在默认的斜率和中心点上（精 确幅度测量比例系数为 30mV/dB， 精确相位测量比例系数为 10mV/度） 。 实际上， 在测量模式下， 电路的工作斜率和中心点是可以通过管脚 MSET 和 PSET 的分压 来加以修改。输出为 0~1.8V 的幅相电压信号，其中 C7 构成相位输出信号的低 通滤波器，AD8302 电路连接图如图 2 所示。