【正文】 限時本人能力有限，我的課題研究也有以下幾個方面沒有涉及或做了簡化處理，如對振蕩器選用了簡單的形式，所以精度不夠；外圍設(shè)備也比較簡單；沒有實際制作電路板并進行調(diào)試的，進一步的問題本文沒有做介紹，有待別人詳細闡述。得出了調(diào)頻無線電引信具有測距精度高、抗干擾能力強、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等特點。第三部分介紹了引信外圍必需設(shè)備的設(shè)計及仿真。主要參數(shù)選擇，并給出產(chǎn)生誤差的原因及解決措施。首先是引信系統(tǒng)的工作原理；其次是如何建模；最后是硬件電路設(shè)計。5 結(jié)論本課題為“基于ADS的調(diào)頻無線電引信系統(tǒng)的建模與仿真” 。將射頻電路中各部分電路連接起來就構(gòu)成了整個射頻前端系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)頻信號的產(chǎn)生以及差頻信號的提取，為后面的信號處理電路提供分析信號。 射隨器輸入輸出波形比較仿真可得輸入電阻為Rin=2768Ω, Rout=。下圖是輸入輸出曲線，可以看到射隨器輸出電壓接近于輸入電壓，這也是射隨器電壓放大電路的特點之一。利用ADS進行射隨器電路的仿真設(shè)計，： 射隨器仿真電路原理圖，由圖可以看出，射隨器輸入輸出波形基本相同，且晶體管靜態(tài)工作點電壓和電流都在管子的最大允許范圍之內(nèi)，因此該射隨器能夠滿足系統(tǒng)要求。由于射隨器的輸入電阻很大，輸出電阻較小，因而從信號源索取的電流小而且?guī)ж撦d能力強，輸入輸出隔離度好，因此在射頻前端的末級接射隨器有利于對差頻的提取[22][23]。射極跟隨器(又稱射極輸出器，簡稱射隨器或跟隨器)是一種共集電極接法的電路，它從基極輸入信號、從射極輸出信號。當然，這里的本振功率是固定的。3): 1dB壓縮點和轉(zhuǎn)換增益可見混頻增益是大約1OdB，當回波信號的功率為OdBm時混頻增益下降約ldB(一般情況下回波信號不可能這么大)，這時差頻信號大約是1ldBm。是可以滿足信號處理電路的要求的。HSMS280B二極管的結(jié)電容和引線電阻分別為Rs=30Ω，Cj=，由式()可得: 1RsCj=1101230=56GHZ?3GHZ ,二極管HSMS280B可以使用。缺點是抑制本振調(diào)幅噪聲的能力不強，因而噪聲比較大。因此，通常均選用噪聲溫度比較小、變頻損耗低的二極管，變頻損耗主要決定于二極管的結(jié)電容Cj0和引線電阻Rs，此外，還要考慮它的抗燒毀能力，所需要的本振功率的大小以及它的射頻特性的一致性等。當二極管兩端的射頻電壓一定時，電阻Rs與電容Cj的數(shù)值越大，則實際加于非線性電阻R上的射頻電壓就越小，所以要獲得有效的混頻，RsCj值越小越好，應(yīng)滿足如下條件[19][20]:RsCj?T 或1RsCj?f ()式中T一射頻信號周期；f一信號頻率應(yīng)用中，還經(jīng)常用截止頻率fc來判斷晶體二極管對調(diào)頻的適應(yīng)程度，晶體工作時，信號頻率必須小于fc。在上述參數(shù)中，CC可通過外電路的匹配來消除。LS是引線電感或稱串聯(lián)電感，其值為幾個毫微亨。Cj是勢壘層的非線性電容，因為接觸面積小，所以Cj值在百分之幾到PF之間，隨直流偏壓和射頻功率而變。(4)參數(shù)一致性好，便于大規(guī)模制造。當有機械振動時，其噪聲效應(yīng)小。(2)可靠性高。因為表面勢壘二極管有理想的正反向特性，串聯(lián)電阻又小，所以用來混頻時信號能量損耗小，噪聲也比較小。肖特基混頻二極管的體積小、反向電流小，反向擊穿電壓高、反應(yīng)速度快，適宜于高頻應(yīng)用。單端混頻器電路中只用了一只二極管作非線性器件，其混頻性能如噪聲系數(shù)、對組合干擾的抑制能力、隔離度等方面，必然較其他形式的混頻電路差。這種混頻電路具有高動態(tài)范圍和50Ω的端口阻抗的優(yōu)點。晶體二極管變頻器的理論已比較成熟，其基本特點是利用二極管的非線性電導(dǎo)實現(xiàn)頻率變換，對變頻損耗、噪聲比、噪聲系數(shù)和本振強度的基本關(guān)系分析在很多教材上已有詳細介。由幾個二極管組成的電阻性混頻器，其工作頻帶可作得很寬，達幾個甚至幾十個倍頻程。依據(jù)目前的技術(shù)水平，混頻器一中放組件常用在中等靈敏度的微波接收機作低噪聲前端器件。二極管混頻器的特點是，結(jié)構(gòu)簡單，便于集成化，工作穩(wěn)定，而且性能良好。由于此種器件是利用金屬觸須和半導(dǎo)體材料的點接觸造成勢壘而得到非直線性，接觸點的不可靠使工作穩(wěn)定性差，容易燒毀，噪聲系數(shù)也比較高，一般在十幾個dB以上[17]。以前使用的是點接觸晶體二極管，現(xiàn)在流行的器件為面結(jié)型晶體二極管一表面勢壘二極管(或稱肖特基勢壘二極管、熱載流子二極管)。對其進行仿真，: 蕩器原理圖 振蕩器瞬時仿真結(jié)果，可以看到詳細的振蕩波形: 蕩器振蕩波形在米波、分米波雷達接收機中，通常用三極管作變頻器，三極管變頻的主要優(yōu)點是具有變頻增益。由于引信提供的電壓為:Vcc=18V，經(jīng)過計算可得在該靜態(tài)工作點下偏置電阻R1=820Ω；R2= R3=7KΩ。一般的小功率振蕩器總是使工作點靠近截止區(qū)，遠離飽和區(qū)，通常集電極電流取得較小。振蕩器幅度穩(wěn)定下來后，如果工作在非線性區(qū)，必然出現(xiàn)飽和和截止現(xiàn)象。(2)晶體管的偏置優(yōu)化:振蕩晶體管偏置電路的設(shè)計如同振蕩器的射頻電路設(shè)計一樣重要。而且該型號在射頻頻段應(yīng)用非常廣泛，貨源充足，價格便宜。由表達式可見:隨著晶體管使用頻率的增高，功率增益將減小，f增大一個倍頻程，G下降6dB。Ccb也選擇較小的為好。晶體管的最高振蕩頻率fmax與特征頻率fT的關(guān)系可以表示為:fmax=fT∕8πRbCcb ()Rb是基極擴散電阻，Ccb是集電極基極結(jié)電容。晶體管的一些可供選擇的參數(shù)如下:l)特征頻率壽又稱截止頻率，它是晶體管共發(fā)短路電流增益為1時的頻率。(l)晶體管的選擇:用作低噪聲射頻振蕩器的晶體管，主要性能要求是特征頻率高，噪聲系數(shù)低。調(diào)諧三角波電壓峰峰值:3V調(diào)諧靈敏度:17MHZ/V下面將設(shè)計一個由單個晶體管構(gòu)成的VCO，調(diào)諧方式為用一個變?nèi)莨苓M行頻率調(diào)諧。所以這里振蕩源的功率越大越好，對信噪比的提高、增加最大定距距離都有好處。調(diào)諧線性度還有用最大調(diào)諧頻偏與最小調(diào)諧頻偏之比或百分數(shù)表示法。對變?nèi)莨苷{(diào)諧，以MHZ/V表示；電壓調(diào)諧靈敏度也稱作壓控靈敏度或壓控斜率。其中模擬調(diào)諧包括:a、調(diào)諧電壓范圍:指對應(yīng)電調(diào)帶寬起止電壓，用伏特(V)表示。dB表示輸出功率穩(wěn)定性。射頻輸出功率:指給定條件下射頻輸出功率的大小，以mW或dBm表示。S～C波段，硅雙極晶體管和砷化嫁場效應(yīng)管二者兼有； Ku一Ka波段以上以體效應(yīng)二極管和雪崩管為主[14]。它是通過諧振電路與微波半導(dǎo)體器件的相互作用，把直流功率轉(zhuǎn)換成射頻功率的裝置，其主要優(yōu)點是工作電壓低、效率高、壽命長、體積小、重量輕。有關(guān)變?nèi)莨艿哪Ｐ偷睦碚摵芏?，這里不進行仔細的分析。為了獲得好的線性性能，一般調(diào)諧帶寬僅用1/2倍頻程。對于單個晶體管構(gòu)成的單端VCO，提取基頻，其變?nèi)莨苷{(diào)諧帶寬可達倍頻程，就BJT而言，上限頻率可達20GHz，而FET，上限頻率可達36GHZ以上。其頻率變化大小取決于變?nèi)莨茏畲笈c最小電容變比以及變?nèi)莨芘c回路的禍合程度。它的結(jié)電容是外加反向偏壓的函數(shù)。結(jié)合課題設(shè)計要求:，頻偏50MHz，本文選擇變?nèi)荻O管調(diào)諧來設(shè)計壓控振蕩器，結(jié)構(gòu)比較合理，體積比較小，滿足設(shè)計要求。(VCO)的設(shè)計壓控振蕩器的調(diào)諧方法有多種:機械調(diào)諧、電子調(diào)諧、數(shù)字調(diào)諧和光調(diào)諧等等。其中天線部分借用某型號的己有天線，三角波調(diào)制信號由后續(xù)的信號處理電路產(chǎn)生，對差頻的放大與測頻亦不在考慮范圍。4引信射頻前端設(shè)計本章將著重于討論分析三角波線性調(diào)頻引信系統(tǒng)前端射頻部分電路的具體設(shè)計細節(jié)，并對一些理論進行闡述。本章簡述了自差收發(fā)機的工作原理和基本分析方法，并建立引信自差收發(fā)機在外加信號作用下的等效模型。 ；若T不可以忽略，可以解出振蕩頻率為: ω=A177。=1Rg+1n2R0+F2RiRg與Cce的并聯(lián)阻抗為Z1=1∕(jωCce+1/Rg)； ()Ri與Cbe的并聯(lián)阻抗為Z2=1∕(jωCbe+1/Ri)； ()L與CX、C1的阻抗為:Z3=11jωL+1jωCx+jωC1 ； =jωω2LCx1ω2Cx+C1ω4LC1Cx=jωL39。為滿足相位平衡條件應(yīng)使Ube與Ic同相。一般情況下主要考慮Rg、Ri與回路并聯(lián)產(chǎn)生的影響,其他因素忽略，以免問題過于復(fù)雜。為了保證相位平衡條件，振蕩器的振蕩頻率兒基本等于諧振回路的諧振頻率。得:βRiRg?1F+F ()可以看出: 1 RiRg越小，保證起振所需的刀值就越小，容易起振。Ri 。根據(jù)接入系數(shù)等效折合的關(guān)系可以求出:R0折合到ce端的數(shù)值為n2R0，Ri折合到ce端的數(shù)值為Ri/F2，則ce端的總電阻R’為1R39。反饋系數(shù)F應(yīng)該等于電壓幅度Ueb與Uce之比，如果忽略電阻對電容的旁路作用，可以寫出: F?UebUce ()為了計算放大倍數(shù)。(l) 分析該電路的起振條件，即求出放大倍數(shù)K和反饋系數(shù)F，看他們的乘積是否大于1。輸出信號從Out標示的位置輸出 。CX是變?nèi)荻O管產(chǎn)生的調(diào)頻電容，以產(chǎn)生線性調(diào)頻。L是天線的等效電感，是振蕩的主電感。L1～ L5是射頻扼流圈，RbRb2與RE為晶體管提供偏置。下圖為實際使用的原理圖: 實際使用的VCO原理圖這里由于振蕩頻率很高，在GHz級別，所以我們不使用外接反饋電容CC2，只用晶體管本身的電容Cbe和Cce即可?？梢娍偟南嘁茷?π，這種電路連接方式滿足振蕩的相位平衡條件。從放大器輸入信號Ube開始分析，經(jīng)過放大和反饋，看輸入端的高頻電壓和起始電壓的相位關(guān)系。Lc也可以用一個電阻RC代替，但是RC將引入損耗，使回路有載Q值下降。電容Cc、CE、CB對高頻信號短路，電阻Rbl、RbRe組成偏置電路。因為可以不采用外加電容，而直接利用晶體管的輸入和輸出電容做回路電容，所以工作頻率可達GHz，在超高頻三極管振蕩器中常常采用這種電路。濾除電流諧波的能力較強，振蕩波形更接近與正弦波。 三點式振蕩電路理論 基本三點式振蕩電路三點式振蕩電路可以概括為下圖的一般形式: 三點式振蕩器的原理電路自差收發(fā)機從本質(zhì)上來說就是電容反饋三點式振蕩電路。同時由于在晶體管中，CC ? Cce，在振蕩回路中CC與Cce串聯(lián)，CC的變化對回路總電容的影響不大，可認為整個振蕩回路的電流按余弦規(guī)律變化的。如果晶體管的工作區(qū)出現(xiàn)飽和區(qū)，會導(dǎo)致引信靈敏度和輻射效率的劇烈下降，所以一般將引信自差收發(fā)機設(shè)計在不出現(xiàn)飽和的欠壓工作狀態(tài)。接在理想晶體管b、c兩端的CC 、RC支路與L’、Cr 、r’支路并聯(lián)，用L、r來表示其等效感抗支路的等效電感和電阻。，圖中L’、Cr 、r’支路是天線等效電路，Lc 、Lb 、Le為各極的引線電感，rbb為基極電阻，Ce為發(fā)射極擴散電容，Cc是集電極的電容，Rc是集電極相應(yīng)的體電阻。它的這些分布參數(shù)和自差收發(fā)機的外接元件一起。檢波與混頻電路可以專門設(shè)