2015年国赛D题-增益可控射频放大器
2015年全国大学生电子设计竞赛全国一等奖D题
N F 1~ n N F 1
N Fn 1 NF 2 1 NF 3 1 NF 4 1 G pa1 G pa1G pa 2 G pa1G pa 2G pa 3 G pa1G pa 2 G pa ( n 1)
输入 第一级数控衰减 （HMC470） 前级低噪放 （TQP3M9035） 低通滤波器 22倍固定增益 （ADL5531） 第二级数控衰减 （HMC470） 22倍固定增益 （ADL5531）
高通滤波器 处理器 （MSP430） 功率放大器 （AH101） 按键 显示 输出
图 1 系统框图
二、理论分析与计算
最大功率值： 功率值(dBm） -29.04 20.72 22.87 22.95 22.89 22.92 22.95 22.98 23.03 22.87 22.64 22.41 21.83 21.37 21.14 20.90 20.69 20.58 -28.10
图 3 ADL5531 增益—频率图
本系统所设计最大增益为 70dB， 题目要求带外增益小于 20dB， 带外衰减需大于 50dB， 为方便调试，采用 11 阶椭圆低通滤波器级联 11 阶椭圆高通滤波器，其过度带陡峭且通频 带平坦性良好。 3、增益调整 由于要求最大增益控制范围为：12dB～52dB，动态增益控制范围至少为 40dB， 而所采用的衰减器 HMC470 衰减范围为 0～31dB，因此采用两级级联来调整系统的总增益， 动态范围达到 0～62dB。带内波动在 0.5dB 内，满足题目要求。 4、末级功率推挽 为满足输出信号有效值Uo≥2V即19dBm， 本系统采用AH101芯片作为末级功率放大器， 最大输出功率可达+26.5 dBm ，并且通频带波动小于1dB。 5、射频放大器稳定性 电源的设计、数字电路和模拟电路的连接设计、屏蔽性等在一定程度上影响着放大器 的稳定性，为保证系统的稳定性，本系统采取以下措施：
增益可控射频放大器设计报告
2015年全国大学生电子设计竞赛增益可控射频放大器2015年8月15日摘要 (3)1. 系统方案 (3)1.1直流稳压电源的选择 (3)1.2前级放大模块 (4)1.3增益控制模块 (5)1.4中间级放大模块 (5)1.5后级功率放大模块 (6)2. 系统理论分析与计算 (6)2.1三级放大电路的分析 (6)2.1.1前级放大电路 (6)2.1.2中间级放大电路 (6)2.1.3后级功率放大电路 (6)2.2增益分配和调节的计算 (6)2.2.1增益分配 (6)2.2.2增益调节 (7)3电路与程序设计 (7)3.1电路的设计 (7)3.1.1系统总体框图 (7)4测试方案与测试结果 (7)4.1测试方案 (8)4.1.1硬件测试 (8)4.2测试条件与仪器 (8)4.3测试结果及分析 (8)4.3.1测试结果（数据） (8)4.3.2测试分析与结论 (8)摘要本设计采用了四级放大，电源使用LM2596S将外接的12V电压源转换为+5V的电源，另通过TPS60400将+5V电源转换为-5V电源，这样就为整个电路提供了正负5V的电源了。
第一级采用900MHz带宽的LMH6609MA,完成初级放大，第二级采用VCA821ID进行可程序控制的增益放大，第三级依旧采用LMH6609MA，第四级采用三级管3904和3906构成的互补输出级电路实现功率放大，以带动50欧姆的负载。
其中，利用程控芯片VCA821ID，在电路中实现了0~60dB 的增益可调。
测试电路时看出，当输入信号幅值为20mV时，从10MHz 的频率开始，一直测试到200MHz的频率，输出波形比较清晰，无明显失真。
在75MHz~108MHz频率范围内增益波动比较小，小于2dB,在60MHz~130MHz内，波形的幅值变化比较平缓，60MHz与130MHz这两个临界点与最大值的衰减小于-3dB。
同时能够实现0~40dB的增益控制，绝对误差较小。
全国大学生电子设计竞赛D题设计报告
2015年全国大学生电子设计竞赛（瑞萨杯）增益可控射频放大器（D题）2015年8月15日摘要高频信号在生活中随处可见，有时需要将微弱的高频信号放大，需要制作高频放大器，本课题主要实现了一个增益可控的放大器。
本课题要设计的是增益可控的射频放大器，使其电压增益不小于52dB，-3dB 通频带不窄于40MHz至200MHz，并且在50MHz至160MHz的频率范围内增益波动不大于2dB，当输入电压有效值不高于5mV时其输出电压有效值不低于2V。
设计的放大器的增益可调节范围是-5dB至+57dB，在40MHz至200MHz的范围内可以保证增益波动不大于1.2dB，其-3dB通频带范围为30MHz至250MHz，实时同步显示电路的总增益，并且可以显示电路中可调部分的当前值。
该放大器将在中频放大方面显示出它独特的优越性。
关键词：通频带较宽；增益较大；数显；可控目录1、放大系统的论证与选择..........................................2、电源系统的论证与选择..........................................3、控制系统的论证与选择..........................................3、控制系统的论证与选择………………………………………………………二、系统理论分析与理论值计算.........................................1、放大系统的分析................................................2、放大倍数的计算................................................三、电路与程序设计...................................................1、电路的设计....................................................2、程序的设计....................................................四、测试方案与测试结果...............................................1、测试方案......................................................2、测试条件与仪器................................................3、测试结果及分析................................................五、结论与心得.......................................................六、参考文献.........................................................增益可控射频放大器（D题）【本科组】一、方案论证与选择本系统主要由放大模块、电源模块、单片机控制模块、滤波模块、组成，下面分别论证这几个模块的选择。
2015全国电子设计竞赛设计报告(射频可控放大器)
2015年全国大学生电子设计大赛论文【本科组】增益可控射频放大器设计报告2015年8月15日摘要本系统基于对压控增益放大器VCA824的控制，由前级压控模块，后级放大模块，键盘模块以及屏幕显示模块组成。
此设计能实现对百兆信号的放大以及程控增益步进放大。
前级由VCA824和DAC0832组成，单片机控制DAC0832输出电压变化改变VCA824的增益变化，由VCA824输出的信号经过后级放大20dB达到有效值大于2v的输出，并且后级使用增益带宽积达到1.6GHz的OPA657，可以实现通频带大于70M的要求。
本系统还配备STC90C516单片机控制增益变化以及键盘和显示模块。
经验证，本系统基本实现了题目的要求。
关键字：VCA824 DAC0832 电压反馈放大器射频宽带放大增益步进一、系统方案论证1.1 可控增益放大器的方案论证方案一：采用多路开关选择器来选择所需放大倍数对应的运放的跨接电阻来实现增益控制。
由于题目要求增益以4dB 变化，需要十几个个电阻才能达到要求，而多路选择器使电路复杂，影响高频的频率特性，容易引起放大器的自激。
方案二：采用场效应管或三极管控制增益。
主要利用场效应管可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，但由于题目要求的频带较高较难实现，该方案又需要采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。
方案三：采用VCA824压控增益放大器，其特点是dB 为单位变化，可以通过单片机控制DAC0832，进而控制VCA824的增益变化。
该方案连线简单，并且直观，智能并高效。
综上比较，为使电路直观，清晰，稳定，减少自激发生的可能性，采用数字化控制的VCA824.1.2 射频放大器选择的方案论证方案一：采用电压反馈放大器OPA698。
由于该放大器的增益带宽积为450MHz ，基本能满足要求，成本低。
但由于本系统设计仅两级，固定放大器放大20dB ，因此不能满足通频带要求。
方案二：采用电流反馈放大器OPA691，OPA2694，特别是OPA2694的电压压摆率高达4300V/us ，在增益和大信号的调理中表现更好的带宽和失真度，但是输入失调电流比较高，题目要求的2dB 增益起伏难以实现。
射频宽带放大器D题优选稿
射频宽带放大器D题集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-2013年全国大学生电子设计竞赛射频宽带放大器（D题）【本科组】2013年9月7日摘要本系统以程控增益调整放大器AD603为核心，外加宽带放大器OPA690的配合，实现了高增益可调的射频宽带放大器。
系统主要由六个模块构成：前置放大电路、一阶RC高通滤波电路、可控增益放大电路、输出缓冲电路、直流稳压电源以及单片机显示控制模块。
系统通过第一级OPA690两级级联电路放大20dB，再通过单片机程控两级级联的AD603实现-20～60dB的动态增益变化，从而满足电压增益Av在0～60dB范围内可调的要求。
整个系统放大器可放大1mV 有效值信号，增益可达80dB，通频带内增益起伏1dB,放大器在Av=60dB的时候，输出噪声电压峰-峰值为80mV，通过单片机控制可实现电压增益Av可预置并显示的功能。
整个系统工作可靠、稳定，且成本低。
关键词：射频宽带放大；可控增益；AD603目录射频宽带放大器（D题）【本科组】1系统方案论证1.1方案比较与选择1.1.1前置放大电路方案一：使用分立元件三极管、电阻、电容、电感等构成前置放大电路。
该电路在元件参数设置不精准的情况下，误差较大，且电路结构复杂，设计困难，调试繁琐，故不采用。
方案二：使用仪表放大电路。
仪表放大器具有低输入失调电压、高共模抑制比、可用单电阻实现增益大范围调节等优点，但是专用的仪表放大器价格通常比较昂贵，所以不予采用。
方案三：采用OPA690运放电路。
OPA690为低噪声、低直流零点漂移运放，且结构简单，调试容易，电路稳定，效果较好。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.1.2可控增益放大电路方案一：利用高速运放加数字电位器构造可程控放大器，通过控制数字电位器阻值来控制放大器增益。
但数字电位器建立时间最快也需几us，加之数字电位器3db截止频率一般在几百KHz，当输入信号为MHz数量级下阻值准确性会产生失真，使得程控变得困难，而且高速运放在低频下的响应远不能满足要求。
全国电子设计大赛射频宽带放大器
全国电子设计大赛射频宽带放大器（D题）摘要本设计以增益调整、带宽预置、单片机反馈调节为核心，制作一个射频宽带放大器，要求具有0.3~100MHz通频带，增益0~60dB范围内可调，并且实现输入输出阻抗、最大输出正弦波有效值、指定频带内平坦度等功能指标要求。
由于系统输入信号小，频率高，带宽要求大，可控增益范围宽，并且需要满足平坦度、输出噪声电压等指标。
为此，采用高增益带宽运放组成频带预置、AD8367的压控增益放大系统完成增益调整、单片机实现反馈调节。
除此之外，通过增加缓冲级、外加硬件保护措施有效地抑制了高频信号的噪声和自激振荡。
经测试，系统对mV≤的输入信号实现了增益0~60dB范围内可调，带宽0.3~100MHz，并在11~80MHz频带内增益起伏dB1≤，且全程波形无明显失真。
完成了题目所要求的所有基本要求以及绝大部分发挥部分的性能指标。
关键字：带宽预置AD8367压控增益单片机1. 系统方案设计与论证1.1总体方案设计与论证分析该射频宽带放大器设计的指标，为达到题目所设定带宽与增益可调，并且能够满足在输入和输出阻抗=50Ω的情况下，最大输出正弦波电压有效值达到要求的目的，我们将整个系统分为前置缓冲级、带宽预置、增益调整、输出缓冲级、峰值检波等部分组成，主控器采用STC12系列单片机。
系统整体框图如图1所示： 图1 系统框图1.2前置缓冲级的方案论证与选择前置缓冲电路使用电压跟随器实现，如图2所示。
考虑到本系统的通频带为0.3~100MHz ，且输入阻抗限定为50Ω，由正相输入电压跟随器的输入阻抗为R j 趋于无穷大，所以图2电路的输入阻抗为k k k k R R R R R R R R ≈+*==j jj n i //。
则可令实际电路取R k =50Ω以达到输入阻抗要求。
除此之外，此前置放大电路还具有缓冲、避图2 前置缓冲级免引入噪声等作用，起到了良好的隔离功能。
其电压增益接近于1，运算放大器选用AD8005，此放大器的增益带宽积达到270MHz 。
2015年全国电子设计大赛放大器报告(DOC)
2015年全国电子设计大赛放大器报告(DOC)摘要：该设计通过前置放大，程控放大和后级放大三级放大能将130M的高频小信号放大52dB以上。
信号先通过LMH5401进行前级差动放大，再利用单片机MSP430f5529与数模转换器DAC7571控制VCA821实现程控增益放大，末级通过高速宽带运放THS4303输出以驱动50Ω的负载，实现输出电压有效值大于2V。
关键词：射频放大器程控放大MSP430F5529 VCA821一、系统方案论证1、前置放大器模块的论证与选择方案一用TI芯片OPA847搭建同相放大电路。
OPA847有很宽的带宽，可以满足本题目所要求的宽带增益放大。
但是OPA847的圧摆率不够高，可能会导致输出信号的失真。
方案二用THS4303做前级放大，THS4303的圧摆率能达到5500V/μ且它的带宽高，能较好的对高频小信号进行放大。
但THS4303是增益固定为10V/V 的放大器，增益固定不可调。
考虑到整体电路的增益分配10V/V的增益不符合我们所需的前级放大倍数。
方案三用差分放大器LMH5401做前置放大模块，LMH5401的圧摆和带宽均能达到要求，有低噪声低功耗的特点，同时它在 SE-DE 或差分到差分 (DE-DE) 模式下工作时产生的二次谐波和三次谐波失真非常低。
所以用它来做前置放大效果很好。
综上选择方案三。
2、电源模块的论证与选择方案一用稳压芯片TPS7350，TPS7325及TPS72325结合，将12V的直流电源转换得到所需电压。
TPS7350，TPS7325，TP72325均是低压稳压芯片，它们分别可提供+5V，2.5V和-2.5 V的固定电压输出，但这种方案不能得到-5V的电压输出，不能对放大器进行+5V供电。
方案二用放大器芯片OPA847与稳压芯片TPS7350，TPS7325相结合,得到多种输出电压，这种方法芯片较多，电路较复杂，但可得到所需的电压，且提高了电源效率。
2015全国电子竞赛获奖名单
郑小康 周宏 郑业文 张围
许振北 卢程豪 李羊 冯健洧
陈建峰 吴灿 卢学华 朱治坤
王茂霖 粟佳鑫 李金润 顾逸舟
陈列 唐稚 陈泓宇 郑祖军
胡绍炀 李有森 刘堃 许东阳
“TI”杯三等奖名单（公示）
选题名称 风板控制装置 风力摆控制系统 数字频率计 风板控制装置 风板控制装置 风力摆控制系统 风力摆控制系统 数字频率计 小球滚动控制系统 风力摆控制系统 风力摆控制系统 风力摆控制系统 风力摆控制系统 风力摆控制系统 风力摆控制系统 风力摆控制系统 多旋翼自主飞行器 多旋翼自主飞行器 LED闪光灯电源 LED闪光灯电源 风板控制装置 小球滚动控制系统 多旋翼自主飞行器
祝锦烨 陈俊宇 寇含君 李展 张冲 彭华能 商航 魏福清 张卓甲 魏冀川 王 浩 周远强 陈 颖 陈志雍 周忠俊 唐崎山 李龙杰 方利鑫 杨凯 林敏 李林桃 张源 程俊明 杨帆 刘为刚 黎亮 李易
杨文旭 周妍 丁叶 甘鹏飞 王攀 杨东旭 冉海洋 刘旭 王星学 罗志平 陈 希 谢 明 鲜 荣 杜 秋 周心远 胡进民 凌河源 钟秉 陈晟 肖桂林 林浩 唐溢 陈洁 董丽娟 付必高
魏长勇 辛泽峰 游于人 冯子芥 张强 廖俊杰
张宇飞 雷 静 娄智远 丁铁 袁铭辉 马 祎 徐枫皓 张敏 王瑞 李 虎
刘银林 张兴伟 魏万益 邹晓龙 刘泊江 刘县
卢方舟 曹铭锴 杨哲宇 丁俊峰 文婷婷 汪旭鸿 陶 帅 王亦然 邢喆 李小虎
卢瑶 廖强 蔡青 王迪 周袁朋 阳宗钦
105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131
国赛d题增益可控射频放大器
D 题增益可控射频放大器电子科技大学作者：谭文张育铭易嗣为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4dB～66dB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、AD8009AbstractThis system consists of current feedback amplifier AD8009 and digital attenuator HMC307.The primary System achieve 46dB fixed gain by cascading 4 AD8009 and achieve 4dB~66dB gain dynamic rang with two digital attenuatores. To reach 2Vrms output without distortion，we use RF3827 as final amplifier . All parts of system are warped up by shielding box protected from EMI.Every module are supplyed by separate LDO to enhance system’s stability andanti-jamming capability.This system pass text andmeet all request of subject一、系统方案 (1)1.1 程控增益的论证与选择 (1)1.2固定增益放大器的论证与选择 (1)1.3 输出缓冲级放大 (1)1.4滤波器设计 (2)1.5 总体框图 (2)二、系统理论分析与计算 (2)2.1宽带放大器设计 (2)2.2 频带内增益起伏控制 (2)2.3射频放大器的稳定性分析 (3)2.4 增益调整 (3)三、电路设计 (3)3.1固定增益模块设计 (3)3.2程控增益模块设计 (3)3.3后级射频功放模块设计 (3)四、测试方案与测试结果 (3)4.1 测试仪器 (3)4.2 测试方案及测试条件 (4)（1）测试阻抗匹配和负载设置 (4)（2）放大器电压增益测试 (4)（3）放大器BW及增益平坦度测试 (4)-3dB4.3测试结果及分析 (4)（1）放大器电压增益测试 (4)带宽测试 (4)（2）放大器BW-3dB五、参考文献 (4)增益可控射频放大器（D 题）【本科组】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。
赛题名称可控增益测量放大器的制作(08级F题)(精)
组号：
类型
序号
项目与指标
分值
测试记录
得分
备注
基本要求
（1）
电路设计符合要求
15
（2）
满足输出要求，有超限报警
10
2项中取高值
满足输出要求，无超限报警
5
（3）
增益控制精度不低于2%
15
3项中取高值
增益控制精度不低于3%
10
增益控制精度不低于5%
5
（4）
电子线路装配工艺良好
10
3项中取高值
电子线路装配工艺一般
6
电子线路装配工艺较差
2
发挥部分
（1）
达到要求
15
3项中取高值
压流转换精度不低于3%
10
具备压流转换，精度较差
5
（2）
全部完成，有测试口
15
3项中取高值
部分完成，有试口
10
部分完成，无测试口
5
（3）
电流变送器精度不低于3%
20
3项中取高值
电流变送器精度不低于4%
14
电流变送器精度不低于5%
7
总计得分
满分值100
竞赛论文：满分值50（方案比较、设计与理论分析计算、电原理图、测试方法与所用仪器、测试数据及测试结果分析）。
得分
全项目总分：
全国大学生电子设计竞赛D题射频宽带放大器
方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。
所以本系统采用方案三。
方案一：用分立元件，此方案元器件成本低，易于购置。但是设计、调试难度太大，周期很长，尤其是短时间内手工制作难以保证可靠性及指标，故不采用此方案。
方案二：为了易于实现最大60dB增益的调节，可以采用高速乘法器型D/A实现，比如AD7420。利用D/A转换器的VRef作信号的输入端，D/A的输出端做输出。用D/A转换器的数字量输入端控制传输衰减实现增益控制。此方案简单易行，精确度高，但经实验知：转化非线性误差大，带宽只有几kHz，而且当信号频率较高时，系统容易发生自激。
方案二：采用无源RC滤波器，电路简单，衰减太大。
方案三：采用无源滤波
无源LC的优点是电路结构简单，不需要直流电源供电，可靠性高，缺点是在同频带内会对信号有衰减。
经比较采用方案三。
为了使通带尽量平坦滤波器的设计，我们选用了比较熟悉的巴特沃兹滤波器。同时在滤波器后加入固定增益放大器，弥补信号通过滤波器时的幅度衰减。
全国大学生电子设计竞赛D题射频宽带放大器
2013年全国电子设计竞赛
射频宽带放大器（D题）
射频宽带放大器设计报告
摘要：本系统采用可控增益宽带放大器VCA820和固定增益宽带放大器THS3202，进行合理的的级联和阻抗匹配，在加入后级功率输出，全面提高了增益带宽积。应用单片机STC89C52对增益进行预置和控制，可实现0到60dB可调。而且综合应用了电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输信号以及使用屏蔽罩等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。经测试，本方案完成了全部基本功能和部分扩展功。
国赛一等奖射频宽带放大器
射频宽带放大器（D题）作者：郭培培韩家斌茹田力（中国地质大学（武汉））赛前辅导教师：赵娟文稿整理辅导教师：赵娟摘要本系统由宽带放大器OPA847、压控放大器VCA824和电流型运放OPA695组成。
系统前级通过OPA847实现10倍固定增益放大，中间级由压控放大器VCA824实现0.05~5V/V增益变化，后级由OPA695和继电器实现5~25V/V增益变化，末级由电阻网络进行10倍衰减，达到0dB~60dB增益范围可调。
系统采用屏蔽盒进行电磁屏蔽，提高稳定性和抗干扰能力。
经测试，系统达到了题目所设定的所有指标。
关键词：射频放大器，VCA824，OPA847 ，OPA695AbstractThe system is designed with a broadband amplifier OPA847, V oltage controlled amplifier VCA824 and current-feedback operational amplifier OPA695.In the first stage, the system can achieve 10 times fixed-gain by OPA847.Then, in the intermediate stage, it uses VCA824 to achieve 0.05 ~ 5V / V gain range. In the latter part, the system achieves 5 ~ 25V / V gain variation by OPA695 and relays. In the last stage, the system achieves 10 times attenuation by the resistor network, so that the overall gain can be adjusted in the range of 0~60dB. In order to improve the stability and anti-jamming capability, the system uses the shield case to carry electromagnetic shielding. According to the test, all the indicators of the topic have reached .Keywords：RF broadband amplifier，VCA824，OPA847，OPA695一、方案论证1. ≥60dB 增益设计方案一：采用三极管实现。
全国大学生电子设计竞赛D题设计报告
全国大学生电子设计竞赛D题设计报告全国大学生电子设计竞赛（瑞萨杯）增益可控射频放大器（D题）8月15日摘要高频信号在生活中随处可见，有时需要将微弱的高频信号放大，需要制作高频放大器，本课题主要实现了一个增益可控的放大器。
本课题要设计的是增益可控的射频放大器，使其电压增益不小于52dB，-3dB通频带不窄于40MHz至200MHz，而且在50MHz 至160MHz的频率范围内增益波动不大于2dB，当输入电压有效值不高于5mV时其输出电压有效值不低于2V。
设计的放大器的增益可调节范围是-5dB至+57dB，在40MHz 至200MHz的范围内能够保证增益波动不大于1.2dB，其-3dB通频带范围为30MHz至250MHz，步进控制的步长可调节为 1 2 4 8 16 32（dB），显示屏能够实时同步显示电路的总增益，而且能够显示电路中可调部分的当前值。
该放大器将在中频放大方面显示出它独特的优越性。
关键词：通频带较宽；增益较大；数显；可控目录一、方案论证与选择 ................................................ 错误!未定义书签。
1、放大系统的论证与选择 ................................ 错误!未定义书签。
2、电源系统的论证与选择 ................................ 错误!未定义书签。
3、控制系统的论证与选择 ................................ 错误!未定义书签。
3、控制系统的论证与选择………………………………………………………错误!未定义书签。
二、系统理论分析与理论值计算............................. 错误!未定义书签。
1、放大系统的分析............................................ 错误!未定义书签。
模电实验-2015全国电设赛题选做
1.1.4 射频电路特点
优点： 带宽大（更高的信息容量） 天线小：与波长相比拟时天线的辐射更有效，符合小型化要求 所需的元器件小，可减小体积 频谱不拥挤 数据传输和处理速度快：射频工作频率高、带宽大。 缺点： 元器件成本高 辐射损耗大 输出功率小 设计复杂
1.2 无源元件的射频特性
变容二极管常用于压控振荡器、电调谐器等电路。 正偏PN结的扩散电容：外加电压变化引起载流子浓度和电荷量变化； 反偏PN结的势垒电容：结电压变化引起势垒区电荷数改变，显示电容效应。
非线性电感 如果线圈中不含有导磁介质，则叫作空心电感或线性电感，线性 电感L在电路中是一常数，与外加电压或通电电流无关。 如果线圈中含有导磁介质时，则电感L将不是常数，而是与外加电 压或通电电流有关的量，这样的电感叫做非线性电感，例如铁心电 感。 纯电感电路中通过正弦交流电流的时候，所呈现的感抗为 XL=ωL=2πfL 自感系数L的国际单位制是亨利(H)，常用的单位还有毫亨(mH)、 微亨(μH)，纳亨(nH)等。 非线性电感的特性可以用磁通ψ和电流i的关系曲线表示。 典型非线性电感：加有磁芯的线圈。缺点：体积大、分布电容影 响严重、本身损耗大，已逐渐被非线性电容代替。
高频电感的等效电路
一个射频线圈的阻抗绝对值与频率的 关系如右图所示：当频率接近谐振点 时，射频线圈（RFC）的阻抗迅速提 高，当频率继续增加时，寄生电容Cs 的影响则成为主要因素，线圈的阻抗 降低。 线圈电阻的影响通常用品质因数Q来 X 表示 Q
Rs
式中，X是电抗；Rs是线圈的串联电 阻。 品质因数表征无源电路的电阻损耗， 通常希望得到尽可能高的品质因数。
一个电容器的阻抗绝对值与频率的关系
1.2.3 电感的射频特性
线圈通常是用导线在圆柱体上绕制而 成，相邻位置线段间有分离的移动电 荷，产生寄生电容，如右图。 一个电感器的高频等效电路如图所示， 图中，电容Cs为等效分布电容，Rs为等效 电感线圈电阻，Cs和Rs分别代表分布电容 Cd和电阻Rd的综合效应。 从图可见，分布电容Cs与电感线圈并 联，这也意味着，一定存在着某一频 率，在该频率点线圈电感和分布电容产 生并联谐振，使阻抗迅速增加。通常称 这一谐振频率点为电感器的自谐振频率 （SRF，Self Resonant Frequency）。当频 率超过谐振频率点时，分布电容Cs的影 响将成为主要因素，线圈的阻抗降低。
备战2015 全国大学生电子设计竞赛-3无线电类赛题分析
南华大学黄智伟备战2015 全国大学生电子设计竞赛无线电类赛题分析三、无线电类作品 3.1 “无线电类”赛题分析3.1.1 历届的“无线电类”赛题在11届全国大学生电子设计竞赛中，“无线电类”赛题共有7题，也有将电压控制LC振荡器（2003年，A题）（该题划在信号源类），LC 谐振放大器（2011年，D题本科组）（该题划在放大器类）和射频宽带放大器（2013年， D题，本科组）（该题划在放大器类）划分在此，称为“高频无线电类”。
“无线电类”赛题如下：z 简易无线电遥控系统（1995年C题） z 调幅广播收音机（1997年D题） z 短波调频接收机（1999年D题） z 调频收音机（2001年F题）z 单工无线呼叫系统（2005年D题） z 无线识别装置（2007年B题，本科组）z 无线环境监测模拟装置（2009年D题，本科组）1997年～2001年由于是SONY公司赞助的，所以都有收音机的赛题，从2003年起，赛题涉及到的范围就宽多了。
目前已出赛题的频率范围在几MHz ~ 40MHz之间。
注意：设计制作“无线电类”赛题是不允许采用现成的RF模块的。
而在一些“控制类”作品中也会使用到RF模块，在这些赛题中是允许使用现成的RF模块的。
3.1.2历届“无线电类”赛题的主要知识点从最近几届的赛题来看，主攻“无线电类”赛题方向的同学除了需要掌握模拟电路、数字电路、单片机电路和电子测量电路的知识外，还需要了解：z RF（射频）接收电路设计与制作 z RF（射频）发射电路设计与制作z RF（射频）小信号放大器电路设计与制作z RF（射频）功率放大器（A~E类）电路设计与制作 z RF（射频）信号检测电路设计与制作 z LC 振荡器电路设计与制作z VCO（压控振荡器）电路设计与制作 z PLL（锁相环）电路设计与制作 z DDS电路设计与制作z FM调制与解调电路设计与制作 z ASK调制与解调电路设计与制作 z FSK调制与解调电路设计与制作 z 电路之间的阻抗匹配设计与制作 z 天线阻抗匹配的设计与制作 z 电感线圈的设计与制作z RF 电路的PCB设计与制作例1：简易无线电遥控系统（1995年C题）：要求设计并制作无线电遥控发射机和接收机。
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D 题增益可控射频放大器电子科技大学作者：谭文张育铭易嗣为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4dB～66dB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、AD8009AbstractThis system consists of current feedback amplifier AD8009 and digital attenuator HMC307.The primary System achieve 46dB fixed gain by cascading 4 AD8009 and achieve 4dB~66dB gain dynamic rang with two digital attenuatores. To reach 2Vrms output without distortion，we use RF3827 as final amplifier . All parts of system are warped up by shielding box protected from EMI.Every module are supplyed by separate LDO to enhance system’s stability and anti-jamming capability.This system pass text andmeet all request of subject一、系统方案 (3)1.1 程控增益的论证与选择 (3)1.2固定增益放大器的论证与选择 (3)1.3 输出缓冲级放大 (3)1.4滤波器设计 (4)1.5 总体框图 (4)二、系统理论分析与计算 (4)2.1宽带放大器设计 (4)2.2 频带内增益起伏控制 (4)2.3射频放大器的稳定性分析 (5)2.4 增益调整 (5)三、电路设计 (5)3.1固定增益模块设计 (5)3.2程控增益模块设计 (5)3.3后级射频功放模块设计 (6)四、测试方案与测试结果 (7)4.1 测试仪器 (7)4.2 测试方案及测试条件 (7)（1）测试阻抗匹配和负载设置 (7)（2）放大器电压增益测试 (7)及增益平坦度测试 (7)（3）放大器BW-3dB4.3测试结果及分析 (7)（1）放大器电压增益测试 (7)带宽测试 (7)（2）放大器BW-3dB五、参考文献 (8)增益可控射频放大器（D 题）【本科组】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。
1.1 程控增益的论证与选择方案一：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-11.5dB～20dB,能够满足题目12dB～40dB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0～31dB，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。
1.2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。
1.3 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5M～1500M,P1dB压缩点24dBm,而我们的系统总共需要19dBm，经过测试，输出有效值最大可达2.8V，完全满足我们的需求。
1.4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 AV≥52dB，当输入信号频率 f≤20MHz或输入信号频率 f≥270MHz时，实测电压增益AV均不大于20dB。
1.5 总体框图经过以上综合分析，我们得到如下系统框图（图1.5.1）：图1.5.1总体框图二、系统理论分析与计算2.1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Vi ≤5mV,输出电压有效值≥2V,即峰峰值Vpp≥5.6V～-3dB带宽大于200Mhz，若采用单级运放，增益带宽积要达到GBP=398.1×200M=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DC～4G，动态范围0～-31dB）防止大信号输入导致后级失真,中间级设置三级固定增益实现46dB放大（后级50欧负载实得增益），再级联一级程控衰减实现总动态范围0～-62dB,输出级采用射频功放实现20dB放大（后级50欧负载实得增益），综上，实现了本系统最大增益66dB,增益调节范围为4dB～66dB。
2.2 频带内增益起伏控制按照题目的要求，整个系统至少要满足在50Mhz～160Mhz内最大增益波动不大于2dB。
由于本系统是七级级联结构，且每一级都有可能单独工作，所以要保证每一级最大增益波动小于2dB。
此外，在各级共同工作时，系统的总的增益曲线为各个模块的叠加。
考虑最极端的情况，即各部分的最大增益波动点为同一位置。
在这种情况下，要保证各级最大增益波动小于0.28dB才可满足题目要求。
因此，在进行单级设计时，应该尽可能降低在50～160MHz通带内的波动，必要时需要通过调整电路结构或外接LC网络进行一定的增益补偿。
2.3射频放大器的稳定性分析造成放大器不稳定的因素主要包括内部正反馈和外部耦合这两种方式。
对于前者，可能由于布线不合理、放大器反馈设计不合理、单级增益过高，各级信号通过公共网络（如馈电网络）进行串扰等原因造成。
因此首先应限制单级增益，对于高速电流型运放可以参考相应器件手册给出的建议反馈电阻。
为了防止因馈电网络造成的串扰，可对每一级网络进行单独供电。
在电路实际制作中，应小心布局布线，虽然由于比赛的时间限制无法制作PCB板，但也建议采样覆铜板来进行制作。
对于后者（外部耦合），可通过加屏蔽盒的方式来对放大器进行隔离。
2.4 增益调整正如前文所述，稳定性、带宽等原因限制了单级增益，所以将整个系统划分为四个放大级。
前面两级做固定增益，第三级用作程控放大。
最后一级作为输出级主要目的是提高输出功率，所以可适当降低增益，并采用压摆率较高、电源轨较宽的运放。
三、电路设计3.1固定增益模块设计通过方案论证与理论分析，选用AD8009作为放大器使用，AD8009为宽带电流反馈性放大器，带宽1G，压摆率5500V/us,采用它作为前级小信号放大完全满足题目需求。
通过级联两片AD8009作为一个固定增益模块获得23dB增益（50欧阻抗匹配后实得增益），再级联两级固定增益模块,总共获得46dB净增益。
电路如下（图3.1.1）：图3.1.1固定增益模块设计3.2程控增益模块设计通过前面论证与理论分析，采用程控衰减的方式实现增益步进可调，我们选用HMC307作为衰减器使用，该芯片衰减步进1dB，动态范围0～31dB，增益误差±0.5dB,唯一的缺点是该芯片需要做电平转换电路。
电路如下（图3.2.1-3.2.2）：图3.2.1程控增益模块设计图3.2.2电平转换电路3.3后级射频功放模块设计因为根据题目需求，需要输出有效值大于2V，这里选用RF3827作为后级功率输出芯片，该片子固定增益20dB,带宽5M～1500M,P1dB压缩点24dBm,而我们的系统总共需要19dBm，经过测试，输出有效值最大可达2.8V。
完全满足我们的需求（图3.3.1）：图3.3.1后级射频功放模块设计四、测试方案与测试结果4.1 测试仪器（1）500M数字示波器SDS3054（2）函数信号发生器DG5352（3）可编程直流电源IPD-3303LU4.2 测试方案及测试条件（1）测试阻抗匹配和负载设置将信号源设置为50Ω，与系统输入阻抗匹配，此时信号源的读数即为系统的输入幅值，在系统的末级不经加负载，直接连接示波器，将示波器探头设置成50Ω输入，此时示波器的读数就相当于50Ω负载上所获得的幅值。
（2）放大器电压增益测试设置信号源频率为90MHz，输入有效值20mV，步进调节增益直到≥40dB。
再次设置信号源输入有效值5mV，步进调节增益直到≥40dB。
（3）放大器BW-3dB及增益平坦度测试设置输入信号5mV，设置增益为52dB，采用点频法，从20MHz到270MHz取若干个值，测试幅度信息，计算增益。
4.3测试结果及分析（1）放大器电压增益测试通过测试结果表 4.3.1可以看出系统实现了基本要求部分输入信号有效值U i ≤20mV，输出信号有效值Uo≥2V指标要求，且系统可实现12～40dB范围内增益可调。
通过测试结果表4.3.2可知系统达到了发挥部分输入信号有效值错误!未找到引用源。
i=5mV，输出信号有效值错误!未找到引用源。
指标要求。
系统增益可在9dB～62dB范围内可调.（2）放大器BW-3dB带宽测试根据测试方案，放大器错误!未找到引用源。
测试结果如表4.3.3所示。
通过计算，40M～200MHz频带在其-3dB通频带内,通过数据拟合系统的错误!未找到引用源。