【導讀】采用計算機軟件WinNWT4控制的AD9858產(chǎn)生射頻信號，按。大功率20W的末級功放。一個衰減器和一個由肖特基二極管構成的檢波器構成。晶實時顯示頻率和功率。經(jīng)測試本激勵源可以通過操作計算機產(chǎn)生400-500MHz. 射頻頻率控制和功率檢測等技術難點。師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。設計是否有創(chuàng)意？

　　

【正文】 一般 參數(shù) ： 類別： NPN硅通用晶體管 ； 集電極 發(fā)射極電壓 VCEO： 1 2V； 集電極 基極電壓 VCBO:20V； 發(fā)射極 基極電壓 VEBO: ； 集電極直流電流IC:100mA ； 總耗散功率 （ TA=25℃ ） Ptot:225mW ； 工作結溫 Tj:150℃ ； 貯存溫度 Tstg:65~150℃ ；極性： NPN 型 ；結構：擴散型； 材料：硅 （ Si） ； 封裝材料：塑料封裝。 電性能參數(shù)（ TA=25℃ ）：擊穿電壓 :V（ BR） CEO=12V， V（ BR） CBO=20， V（ BR） EBO= ； 直流放大系數(shù) hFE:50~300 ； 集電極 基極截止電流ICBO:100nA（ 最大值 ） ； 發(fā)射極 基極截止電流 IEBO:100nA（ 最大值 ） ； 特征頻率 fT:； 封裝： SOT23； 功率特性：中功率 ； 集電極允許電流： （ A） ； 集電極最大允許耗散功率： （ W） 。 (3)AH101 簡介 AH101 是中等功率增益塊提供了很好的動態(tài)范圍使用一個低成本的表面的包裝。單電源供電和無條件穩(wěn)定內(nèi)部匹配裝置的結合 ， 使同時完美適用于窄帶和寬帶。優(yōu)越的散熱設計 使它的 OIP3 達 到 + 45dBm 工作在溫度為 + 85℃ 時。 平均無故障時間大于 100 年。 圖 是它的封裝圖和引腳功能， AH101 的電學參數(shù)如表 所示，可見其工作頻率范圍 501500MHz ，增益一般為 。 圖 AH101 的 封裝和引腳功能 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁，共 79 頁 表 AH101 的電學參數(shù) 由 圖 率與增益關系可見在 50MHz到 1000MHz范圍內(nèi)增益 在 14dB到13dB， 減小在 1dB范圍以內(nèi) 。由 圖 與 噪聲 的 關系 圖可知在 50MHz到1000MHz范圍內(nèi)噪聲功率在 3dB到 4dB左右。 圖 頻率 增益關系圖 圖 頻率 噪聲關系圖 圖 是 AH101 芯片資料上提供的參考電路，用作 驅動 RF 功放 ，采用 100pF電容作為輸入輸出耦合 電容， 56pF、 100pF 和 的電容作為電源濾波電容，470uF 的電感作為扼流電感。圖 是參考射頻 PCB， 全部采用小 尺寸的貼片封裝，信號線使用直線并由覆地面包圍，電路板兩面覆地并多點接地 。 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 20 頁，共 79 頁 圖 參考電路 圖 參考 PCB 驅動級電路 仿真 為了進一步研究功放驅動電路的增益、頻響特性、相頻特性 、輸出失真情況、功率、輸入阻抗等參數(shù)，對功放 驅動級 電路進行仿真。首先在 Multisim 中找到所有需要元器件并設置好參數(shù)，然后 按照原理圖連接好電路，按要求放置電源和地及所需的儀器 ，并在輸入輸出放置探針，便于觀測參數(shù)。最后得到 仿真電路 如圖 所示 。 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁，共 79 頁 2 S C 3 3 5 62 s c 3 3 5 6 aR1220ΩR2470ΩR3390ΩR456ΩR533ΩC11 . 0 181。 FV C C1 3 . 8 VXFG1XSC1A BE x t T r i g++__+_C21 . 0 181。 FXBP1IN O U T V ( p p ) : 1 . 29 V V ( rm s ) : 457 mV V ( dc ) : 1 . 58 mV F re q . : 450 M H z V ( p p ) : 200 mV V ( rm s ) : 70 . 7 mV V ( dc ) : 1 . 46 uV F re q . : 450 M H z 圖 仿真電路 打開電源后探針參數(shù)如 圖 所示，可以看到 輸入 Vi=200mV 時，輸出Vo=,增益 0 0 ??? （ 210） 圖 信號發(fā)生器輸 出 信號參數(shù) 信號發(fā)生器設置的參數(shù) 如圖 所示，示波器的輸出的波形如圖 。由波形圖可以觀測到：（ 1）輸出波形與輸入波形形狀完全一樣， 幅值大概是輸入的南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 22 頁，共 79 頁 6 倍左右，結果與式 210 相符。（ 2）輸出與輸入波形的相位相差剛好 180 度 。（ 3）輸出波形光滑無毛刺，可見該電路的噪聲系數(shù)很小。 圖 示波器的顯示 將圖 中的波形提取出來得到 圖 。 圖 根據(jù)示波器制作的圖表 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 23 頁，共 79 頁 提取圖 中的頻譜分析儀的圖形得到圖 幅頻特性曲線 和圖 相頻特性曲線。 圖 電路的幅頻特性 由圖 可以看到電路在 200MHz~1GHz 的范圍內(nèi) 幅頻特性 曲線非常平滑穩(wěn)定 20dB。由圖 可以看到， 在 200MHz~1GHz 的范圍內(nèi) 電路的相移固定為180 度。 圖 電路的相頻特性 在電路中加入電壓表、電流表和功率計測電路的輸入阻抗和功率，測試電路如圖 。 2 S C 3 3 5 62 s c 3 3 5 6 aR1220ΩR2470ΩR3390ΩR456ΩR533ΩC11 . 0 181。 FV C C1 3 . 8 VXFG1XSC1A BE x t T r i g++__+_C21 . 0 181。 FXWM1V IXMM1XMM2 圖 輸入阻抗和功率測試電路 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 24 頁，共 79 頁 圖 功率計讀數(shù) 由圖 功率計讀數(shù) 可知功率 P=，由圖 可知交流 電流表 讀數(shù)I=,交流 電壓表讀數(shù) V=。故可求得輸入阻抗， ??? 9 6 1 mV7 1 =Z in （ 211） 圖 電流表電壓表讀數(shù) 末 級 功放電路設計 RD15HVF1 簡介 RD15HVF1 是一款 MOS FET 型 晶體管，它主要是為超高頻、甚高頻功率放大。 絕對最大額定參數(shù)如表 所示， 由表可見 VDSS額定值可達 30V，直流電壓的額定值高達 4A，額定功率更是高達 48W，從而保證了 我們 射頻大功率的要求。但同時對輸入功率也要求 也比較高，額定值在 （輸入輸阻抗都為 50Ω時） ，所以輸入級要加 功放 驅動 級 。 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 25 頁，共 79 頁 表 絕對最大額定參數(shù) 阻抗原圖是用于描述某一電路或元件高頻阻抗特性的圖表，通過 觀察阻抗原圖就可以準確地分析其阻抗特性。 RD15HVF1 的阻抗 特性如圖 RD15HVF1 阻抗圓圖所示， 圖 RD15HVF1 輸入輸出 阻抗圓圖 取其在 f=520MHz 和 f=175MHz 時的輸入輸出阻抗值得到表 。在表中可以看到當輸入 的信號、輸出 15W、電源 時，輸入阻抗為，輸出阻抗 +。 當輸入 、輸出 15W、電源 ， 輸入阻抗為 ，輸出阻抗 +。 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 26 頁，共 79 頁 表 典型輸入輸出阻抗值 RD15HVF1 功放電路設計 RD15HVF1 功放電路 如圖 所示， R R1 R14 為 Q3 柵 極 提供直流 電壓 VDS， 是 Q3 溝道打開以保證正常工作。 通過調節(jié) R13 可以調節(jié) VDS，從而改變靜態(tài)工作點。 C C5 為電位器 R13 消抖。 L L2 在直流通路中相當于短路為 Q3 漏極與源極之間直接提供電源電壓。 直流等效電路如 圖 所示。 L2是大電感，做扼流圈使用， 與 C C9 、 C C11 一起構成濾波電路，防止高頻信號干擾電源，減少電源紋波。 R R1 R12 構成輸入的電阻匹配網(wǎng)絡，實現(xiàn)最大功率傳輸。 78L09 使電源電壓降到 9V，再通過電 阻調節(jié)提供柵極電壓，避免全部使用電阻分壓產(chǎn)生大量能量損耗 ，并能提供更平穩(wěn)的驅動電壓。 C2 為78L09 輸出濾波，減小輸出電壓紋波。 C C12 同 R R1 R12 為 Q3 輸入阻抗匹配， C12 同時還擔任輸入耦合的作用。小電感電容 L C C3 構成 LC網(wǎng)絡大大提高功放的高頻特性， C3 同時充當輸出耦合電容。 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁，共 79 頁 R62kΩGNDD1LED12J1RF inputGNDR1118ΩR10270ΩR12270ΩGND GNDC12Q3RD15HVF1C4104C5102GND GNDR1310kΩ R14GND1 2 378L09GNDL2BeadC10104C11102C9102C6104GND GNDGND GND12JP2RF OutputGNDGND GND1 2JP3+GNDR1C78pFGNDL15T/3MM/C18pFC38pFC2104GND 圖 RD15HVF1 功放電路 為原理圖添加好與實際器件匹配的封裝后生成 PCB 圖，經(jīng)過合理的布局布線后得到 PCB 圖如 頂層 圖 和底層圖 所示。由圖 可以看到 PCB 電路中使用了許多尺 寸微小的貼片封裝，增加電路高頻特性。布局也采用直線布局法，信號線避免走彎線，減小了電磁輻射損耗。此外，對電路進行了大 面積 的 雙面 覆地 并規(guī)律的加了很多過孔 ，減小了經(jīng)地線的串擾。 圖 功放 電路 PCB 頂層 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 28 頁，共 79 頁 圖 功放電路 PCB 底 層 電源接口采用 穿針電容 ,具有非常好的高頻濾波效果。輸入輸出都使用同軸線連接，極大的避免了射頻干擾。板上可有散熱槽，可安裝散熱片，保證功放管正常工作。 元件布局如圖 所示。 圖 在 直流等效電路中，把所有電容都看成開路，所有電感都看成短路，只保留 電阻和晶體管，從而得到 RD15HVF1 功放 電路的直流等效 電路 如圖。 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁，共 79 頁 圖 RD15HVF1 功放 直流等效 電路 功 放電路仿真 根據(jù)功放電路原理圖畫出仿真電路如圖 ， 設置圖中信號發(fā)生器的參數(shù)如圖 所示，輸入信號為 450MHz， 1V的 射頻信號。 Q2 1 0 0 u m 1 0 0 u mV C C1 3 . 8 VV D D9VR14 .7 k ΩR21 .0 k ΩK e y = A70%R33 .3 k ΩC18 p FL11 5 . 0 n HC28 p FC38 p FXFG1XSC1A BE x t T r i g++__+_C46 . 8 p FXBP1IN O U TR41 .0 k Ω 圖 仿真電路圖 Q3RD15HVF1R13 10kR14 12378L09GND1 2JP3 +GNDR1GNDGND南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁，共 79 頁 圖 信號發(fā)生器參數(shù) 示波器 XSC1 顯示的 輸出波形如圖 ，輸出 波形的幅值為 6V。所以求的增益 A=6。 圖 示波器輸出波形 南華大學電氣工程學院 畢業(yè)設計（論文） 第 31 頁，共 79 頁 頻 譜分析儀輸出 波形為電路的 幅頻特性曲線 如圖 所示， 由 幅頻特性曲線 可以看出電路在 450MHz 時增益最大，往兩邊逐漸下降使電路的帶寬為100MHz。 圖 頻譜分析儀輸出波形 輸入阻抗和功率測試電路 如圖 所示，其中 XWM1 和 XWM2 為功率計，XMM1 為電壓表， XMM2 為電流表。 Q2 1 0 0 nm 1 0 0 nmV C C1 3 . 8 VV D D15VR14 .7 k ΩR21 .0 k ΩK e y = A45%R33 .3 k ΩL11 5 . 0 nHC28 pFC38 pFXFG1R450ΩC18 pF