卢建聪
广东鼎华科技股份有限公司 广东佛山 528000
摘要:射频宽带放大器广泛应用于各类电子仪器与仪表中，是一个重要的单元电路。本研究以高性能单片机MSP430为核心，设计制作一款高性能射频宽带放大器，重点论述了放大器的设计原理和方法，包括放大器的软、硬件设计及其系统测试和性能分析方面的内容。
关键词：射频宽带放大器；信号频率；频带；带内波动
射频宽带放大器一般应用于广播、电视、无线通信系统和射频信号发生器中，主要特点是在很宽的频带范围内，能够实现阻抗匹配，减小增益的起伏变化。随着科技的发展，电子设备要处理的信号的频率越来越高，频带也越来越宽，对放大器的性能有了更高的要求，因而，对高性能射频宽带放大器的研究和设计显得尤为重要。
1.系统硬件设计
本系统硬件部分包括三级放大电路、滤波器、单片机MSP430和DAC等辅助电路的设计。系统总体框图如图1所示。为保证压控放大器的增益控制范围为0dB～50dB，需要对各级的增益进行合理的分配[1]。本系统共采用三级电路，前级为OPA695构成的高增益放大器，增益为20dB；中间级通过单片机驱动ADL5330来控制增益在-31dB～22dB范围内可调；末级通过AH101实现增益为13dB。
图1 系统总体框图
1.2中间级放大电路
要实现放大器0dB～50dB的增益可调，则中间级放大电路(增益调控级)至少要有-31dB～22dB的增益调控范围。本系统的中间级放大电路采用亚德诺半导体公司的ADL5330，这是一款宽带电压可变增益放大器，额定工作频率范围为10MHz～3GHz，可以在60dB范围内提供精密线性dB增益控制[3]。中间级放大电路如图3所示。
图3 中间级放大电路
1.4滤波器电路
滤波器电路采用七阶对三角带通滤波器，设计其3dB截止频率为35MHz和180MHz。
2.系统软件设计
软件主要实现放大器增益值键盘调节和增益值显示功能。其中实现增益调节功能的思路为先测好每个dB值前所对应的电压值，然后将其放在一个大数组中，当硬件需要输出某一dB值后，直接调用数组中对应的电压值即可实现增益调节。 软件流程图见图5。
图5 软件流程图
3.系统测试和性能分析
测试仪器包括N 9 3 1 0 A 高频信号发生器；AS2272高频交流毫伏表；DSO-X-2022A示波器。
3.1放大器电压增益测试
设置射频信号发生器产生有效值为6mV，频率为30MHz～170MHz的正弦信号送入系统，系统输出端负载电阻50Ω。用示波器同时观察系统的输入信号和输出信号。通过单片机调节系统增益，在示波器上观测系统输出信号的实际增益[4]。电压增益测试结果如表1所示，且波形均无失真。可见，系统能实现0dB～50dB的增益可调。
表1 电压增益测试结果
3.2放大器带宽测试
从表1可以看出，当系统设置增益为0dB 、10dB、20dB、30dB、40dB、50dB，实际增益下降表1 电压增益测试结果3 dB时，对应下限频率为4 0MHz ，上限频率为160MHz，满足通频带50MHz～150MHz的要求。
3.3通频带增益起伏特性
在60MHz～140MHz频带内，对有效值为6mV的输入信号设置增益50dB，系统的增益起伏特性如表2所示，满足增益波动不大于2dB的要求。
表2 通频带增益起伏特性
4.结语
总之，射频宽带放大器作为无线通讯系统中十分重要的一环,它的功能指标、性能高低直接影响整个通讯系统的质量。测试结果表明，本研究所设计制作的放大器系统可以在通频带40MHz～160MHz内实现0dB～50dB步进可调增益，增益起伏不大于2dB，具有增益可控、频带宽、带内波动小、人机界面友好等特点，达到了预期设计目标，不失为一款高性能实用的射频宽带放大器，能够对信息通讯起到促进作用。
参考文献：
[1]蓝良生,赵翔. 射频宽带放大器设计与实现[J].科技信息, 2014(2):229-230.
[2]王贵锋.高性能射频宽带放大器的设计与实现[J].自动化与仪器仪表, 2014(11):131-134.
[3]杜洪帅.基于负反馈的微波小信号宽带放大器的设计[D].大连海事大学, 2017.
[4]胡雄风.一种增益可控的射频宽带放大器设计[J].现代商贸工业, 2017(9):179-180.
论文作者:卢建聪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/22
标签：增益论文; 放大器论文; 射频论文; 频带论文; 系统论文; 电路论文; 可调论文; 《防护工程》2018年第12期论文;