增益可調射頻寬帶放大器設計

李成林 劉勇 方韜 劉國華杭州電子科技大學電子信息學院

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增益可調射頻寬帶放大器設計

李成林 劉勇 方韜 劉國華
杭州電子科技大學電子信息學院

摘要：本放大器由兩級構成，3個OPA2695級聯組成的固定增益同相放大器構成前級放大器，對輸入信號做放大處理；后級增益可調電路由乘法器AD835實現，通過調整單片機DA輸出控制總增益，最終實現通頻帶為0.3MHz～100MHZ、增益0dB～+60dB可調的射頻寬帶放大器。

關鍵字：射頻放大器 增益可調 寬帶

無線通信的快速發展，對信息通訊起到了促進作用。射頻寬帶放大器一般應用于廣播、電視、無線通信系統和射頻信號發生器中，主要特點是在很寬的頻帶范圍內，能夠實現阻抗匹配，增益的起伏變化很小。傳統采用負反饋和集成寬帶可控增益放大器技術方案，由于其內部通常是由固定增益放大器和電阻衰減網絡組成，增益調節范圍和工作帶寬均受到一定限制。本設計方案通過寬帶乘法器調節增益，很好地解決了這一問題。

1　系統設計框圖

輸入信號進入前級放大器OPA2695，經過三級連續放大，最終進入相乘系數可調的乘法器AD835，通過調整相乘系數實現增益可調的放大功能。

2　系統理論分析

2.1前級放大器

前級放大器的增益為：系統通頻帶由三級OPA2695、AD835共同決定，由頻率響應公式可知系統增益與頻率的關系為：分別為前三級放大器的增益。為后級乘法器的增益，這個增益是可以通過調整比例電阻和單片機DA輸出來調整的。中響應運放的通頻帶，放大器鏈路中各級放大器的中頻電壓放大倍數。前級同相放大電路采用雙電源供電。信號輸入端接50Q電阻R1，實現放大器與信號源的阻抗匹配。2和R3確定放大器增益。50Q電阻R4是級間匹配電阻。R5是0Q電阻，起到抑制噪聲和防止放大器自激振蕩的作用。第二級放大器的結構與第一級相似，R6是50Q匹配電阻，增益Av2=20lg（1+R8瓜7），R9是級間匹配電阻，R10是防自激、抑制噪聲的0Q電阻。第三級放大器與前兩級類似，不再贅述。電路中為了有效地防止出現自激現象、保證電源的穩定，在前級運算放大器的正負電源引腳上分別加了10燈和100nF的濾波電容，除此之外在正負電源之間跨接了100nF匹配電容C1，起到改善放大器二次諧波輸出的作用。

2.2后級增益可調電路

后級增益可調電路如圖3所示。寬帶乘法器采用AD835芯片，電阻R18和R19確定乘法器的放大倍數，C10為補償電容，C13、C14、C15、C16分別是電源濾波電容。經過前級放大器放大之后的信號從乘法器v1輸入，與單片機輸出的DA電壓x1相乘后，最終從w端輸出。

3　電路參數設計

前級放大器采用兩片0PA2695芯片，OPA2695是電流反饋型放大器，具有帶寬范圍大、轉換速率快、低功耗的特點。在GAIN=+2V／V的情況下，帶寬達到850Ⅻz，在GA烈_+8VⅣ的情況下，帶寬達到450MHz。依據以往的經驗，最終確定前級放大倍數Avl=14dB，Av2=26dB，Av3=20dB，總的增益可以達到60dB。電阻R2=56．2Q、R3=-220Q、R7=56．2Q、

R8=1．2kQ、R12=56．2Q、R13=510Q。這樣設計增益可以減少電路的總噪聲，提高電路工作的穩定性。后級的AD835乘法器，擁有跨導線性核心，支持三線XYZ線性電壓轉換，并可以驅動負載輸出，帶寬為250MHz，基本功能是W=XY+Z，由實際電路連接，Vout=Vgz*Vin。Vg的電壓變換范圍從．1V到1V，可以實現整體電路從0dB～60dB的增益可調。被前級放大的信號輸入到乘法器的v1端口，單片機控制DA輸出作為相乘的電壓，輸入到乘法器xl端口，用于實現對放大器總增益的線性調節。電路中R18=97.6Q、R19=300Q、C10=33pF。

4　測試方法與測試結果分析

測試用的PCB經過仔細的布局，盡量避免各種噪聲干擾，注意單點接地、電源隔離、各模塊之間使用同軸電纜相連等細節問題，最終自己焊接測試。

4.1測試方法

測試頻帶內增益起伏：調節增益芝60dB，用高頻函數發生器sPl50l給系統輸入信號，用高頻毫伏表SP2271和高頻示波器MSO—x 2022A測量輸出，改變高頻函數發生器的信號頻率，用高頻示波器觀察和測量輸出幅度。測試輸入輸出阻抗：輸出端加入負載，測量加入負載后的輸出電壓。

4.2測試結果及分析

通頻帶內增益起伏增益為60dB。當系統在自動控制狀態時，根據雨雪傳感器采集的數據自動開啟加熱裝置，達到設定溫度時維持此溫度，并可根據雨雪傳感器采集到的數據，控制加熱裝置在無雨雪的天氣停止加熱。當系統處于手動狀態時，手動開啟加熱裝置，當天線溫度達到設定的溫度時，加熱裝置會維持面天線的表面溫度，并提示告知操作員。

5　小結

面天線除雪裝置的設計和安裝是保障安全播音的有效手段之一，也是無線局信息化建設的一個重要步驟。本文分析了當前面天線除雪技術的不足，研發了兩種新型除雪方式，并提出了除雪裝置遠程智能控制方案，有望提高衛星地球站和基層站的防冰雪災害能力，進一步保證衛星廣播電視節目的安全播出。

參考文獻

［1］秦嚨．陜西衛星地球站發射天線除雪系統實踐方案［J］.數字通信世界，2013（12）：87—89．

［2］王軍，陳?。l星發信天線自動除雪裝置［J］．內蒙古廣播與電視技術，2011（1）：35—37．

［3］張金虎．衛星天線的除雪方式探討［J］．廣播電視信息，2013（4）：72—73．

［4］劉崢．衛星通信天線融雪除冰系統［J］．數字通信世界，2013（11）：87—89．

［5］陳慷．一種簡易的電熱融雪融冰裝置的應用［J］．中國傳媒科技，2013（24）：62．