射频功率放大器

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

本作品由前置放大电路、吸收式电调衰减器、末级放大电路和增益控制模块构成。在放大电路中，采用AG604-89宽带放大器，实现了信号的固定增益放大。吸收式电调衰减器采用四元PIN二极管 型衰减器，通过电位器或单片机外加控制电压来调节衰减实现增益的手动控制与数字程控功能。采用合理的级联和阻抗匹配加入末级功率放大，全面提高了增益、带宽和带负载能力。综合应用电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输信号等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激，提高放大器的稳定性。经测试验证系统实现了全部基本功能和部分扩展功能。

关键词：射频，放大器，电调衰减器，增益控制

Abstract

This design is composed of preamplifier circuit, absorptive voltage variable attenuator, post amplifier and AGC module. AG604-89 broadband amplifiers were used to implement the fixed gain amplification of signals in this amplifying circuit.Absorptive voltage variable attenuator which usedπType Electronic Attenuator adjusted the gain by the potentiometer and microcontroller. Cascade and impedance matching improved the overall gain, bandwidth, and loading capability of system. The anti-interference measures such as decoupling capacitance,

f ilterin

g and the shielded wire were used to reduce the noise, suppress the amplifier’s hig

h frequency self-excitation and improve its stability. It has been verified that the system implements all the basic function and some extensions function.

KEYWORDS: RF, amplifier, absorptive voltage variable attenuator, gain controlling

射频宽带放大器（D题）

【本科组】

一、方案设计与论证

1. 衰减模块选择

方案一：数控衰减器

多数数控衰减器能够在大动态范围内完成精度衰减。也可使用简单控制系统，与外围电路结合，实现数控衰减。但是，由于使用了集成芯片，在一定程度上增加了系统的损耗，且成本高，器件购买困难。

方案二：π型电阻衰减网络

π型电阻衰减网络利用电阻分压原理，由若干电阻搭建而成。该衰减网络无需控制、频带宽、输入输出阻抗稳定，工作频率宽、动态范围大，且价格低廉。其增益误差由电阻的精度决定。

综合考虑功耗、频带与成本等因素，我们选择π型电阻衰减网络。

2. 放大器模块的论证与选择

方案一：采用场效应管或三极管进行放大器设计。采用分立元件设计电路其优点造价较低，但是其电路较复杂、规模较大、稳定性较差、容易产生自激振荡、增益平坦度较难控制。

方案二：采用高频运放芯片进行设计。集成运放芯片使用简单、精度高、稳定性好能够克服分立元件的不足，且其开发的周期较短，故在实际的设计中我们更倾向与该方案。

3. 总体方案描述

自动增益控制

信号输出高频信号输入一级放大衰减网络次级放大

手动增益控制

图1.系统总体框图

根据题目要求其增益在60dB且增益平坦度要求较高，一级放大很难实现，因此需

两级放大。两级放大容易造成增益平坦度下降，故在两级之间增加一衰减网络实现阻抗匹配和增益控制。最后将次级输出信号接入50Ω负载电阻

二．理论分析与计算

1.放大器理论分析

1）增益带宽积分析：

带宽增益积(GBP)是用来简单衡量放大器性能的一个参数，按照放大器的定义，这个

乘积是一定的。题目中要求放大器最大电压增益

20V A dB

≥,即 10/GAIN V V ≥。

放大器的通频带0.3～20MHz,所以本放大器的带宽增益积为

10*20200GBP M M ≈≈

假设放大电路的高频响应用下面的极点函数表示

()1m

H

A A j j

ωωω=

+

式中m A 为放大器的中频增益，ω为角频率，H ω为上限角频率。当引入负反馈并假设反馈系数是与频率无关的实数B 时，则有

()

()1()

A j Af j BA j ωωω=

+

将式上式代入到下式得

/(1)

()1(1)m m m H

A A

B Af j j A B ωω

ω+=

+

+

由此可知，反馈中频增益为(1)m m m A f A A B =+，上限角频率H f ω变为

(1)H H m f A B ωω=+

本系统设计的宽带放大器，放大器下限角频率为0.3M 赫兹，相对上限频率20M 赫兹非常小，所以无馈时放大器的通频带H BW f =，引入负反馈以后，放大器的通频带变为

(1)H m BW f f f A B BW ==+g g g

式上表明，引入负反馈后放大器通频带扩展到无反馈时的(1)m A B +倍。而且有

[/(1)](1)m m m m m A f BW A A B A B BW A BW =++==g g g 常数