全国电子设计大赛武汉大学-射频宽带放大器(精)
宽带射频功率放大器设计
宽带射频功率放大器设计近年来，随着通信技术的迅猛发展，宽带射频功率放大器在无线通信系统中扮演着至关重要的角色。
它是将低功率射频信号放大至较高功率的关键设备，广泛应用于无线电通信、雷达系统、卫星通信、移动通信等领域。
宽带射频功率放大器的设计面临着一系列挑战。
首先，它需要能够处理多种不同频率范围内的信号，以适应不同通信标准和频段的要求。
其次，放大器必须具备高功率增益和高线性度，以确保信号的传输质量和可靠性。
此外，功率放大器的设计还需要考虑功耗、工作温度和尺寸等因素。
在宽带射频功率放大器的设计中，有几个关键的技术要点。
首先是选择合适的放大器拓扑结构，常见的有共射极、共基极和共集极等。
每种拓扑结构都有其适用的频率范围和特点，设计师需要根据具体需求进行选择。
其次是选择合适的功率管件，常见的有晶体管、集成电路、功率模块等。
不同的管件有着不同的特性和参数，需要综合考虑功率、频率、线性度和可用空间等因素。
此外，还需要设计合理的电源供应和匹配电路，以确保功率放大器的工作稳定和高效。
在实际设计中，还需进行一系列的测试和优化。
首先是频率响应测试，通过频率响应曲线分析放大器的带宽和增益等性能指标。
其次是线性度测试，通过测量放大器的非线性失真和交调等指标，以评估其适应不同信号的能力。
最后是功率测试，通过测量输出功率和效率等参数，以评估功率放大器的性能。
宽带射频功率放大器的设计是一项复杂而重要的工作，它不仅需要设计师具备扎实的电路设计和射频知识，还需要不断的实践和经验积累。
随着无线通信技术的不断发展，宽带射频功率放大器的设计将面临更多的挑战和机遇。
只有不断学习和创新，才能设计出更高性能的宽带射频功率放大器，推动通信技术的进一步发展。
毕业设计(论文)-射频宽带放大电路设计[管理资料]
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毕业论文（设计）射频宽带放大电路设计学生姓名：指导教师：专业名称：电子信息工程所在学院：信息工程学院2015年6 月目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)课题背景 (1)本课题在世界的目前水平及现状 (1)本课题的主要内容及意义 (2)第二章射频宽带放大电路设计的总体方案 (3)系统功能要求 (3)方案比较与论证 (4)理论分析与计算 (5)第三章射频宽带放大电路单元电路设计 (8)稳压直流电源 (8)固定增益的第一级放大电路设计 (9)第二级放大电路设计 (11)第三级电路设计 (12)其他元器件的功能说明 (13)第四章射频宽带放大电路的仿真分析 (15)应用软件 (15)测试方案以及测试条件 (15)测试结果及分析 (16)结束语 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录整机电路图 (22)摘要本次设计采用宽带放大器OPA847、压控放大器VCA824以及电流型运放OPA695等集成芯片来作为本次设计的射频宽带放大器的核心。
设计放大器的前级电路希望能够实现10倍的固定增益放大，最后决定通过宽带放大器OPA847来完成，本次设计的中间级电路将以压控放大器VCA824作为核心，~5倍的增益变化，本次设计的后级电路将使用电流型运放OPA695和继电器共同来实现5~25倍的增益变化，本次设计的末级电路，目的是进行10倍的衰减，将使用电阻网络来实现，从而可以达到设计预期的0dB~60dB的增益范围可调。
由于整个系统的输入信号幅度较小，而频率很高，所以为了提高系统整体的稳定性以及抗干扰能力，将引入屏蔽盒进行改善。
最后将整个设计进行仿真，结果达到了设计最初的所有要求和目的。
关键词：射频功率放大，稳压直流电源，宽带放大器，压控放大器，电流型运放AbstractThe design of the RF broadband amplifier composed by a voltage controlled amplifier VCA824 and Current-Op Amp pre-design system is composed by the broadband amplifier OPA847 to achieve the 10 times the fixed gain amplification. The middle of the design is composed by the voltage controlled amplifier VCA824 to achieve the ~5 times gain change. The subsequent circuit of the design is composed by the current- op amp OPA695 and relays to achieve the 5~ 25 times gain change. The final stage of the design used the resistor network to achieve the 10 times attenuation. Thus we can meet the design’s expectations that achieve it adjustable in the 0dB ~ 60dB gain range. Since the input signal with small amplitude and high frequency, the paper will set the shield case in this design after the simulation test to improve the stability and anti-jamming capability of the whole system. The whole system achieves all the indicators of the desired and the purpose of the design.Key words: RF Power Amplifier, Regulated DC Power Supply, Broadband Amplifier, Current-Op Amp第一章绪论课题背景随着我国通信技术迅猛的前进，我们已经进入了全新的信息科技时代。
射频宽带放大器的设计
射频宽带放大器的设计王哲【摘要】系统由前级放大模块、后级放大模块、滤波模块组成.采用可控增益放大器AD603和宽带低噪声运放OPA690级联,很好地实现了0~60,dB增益可调的要求.电路整体设计利用可调电位器控制两级级联压控,可变增益放大器完成对放大器增益的调节,又通过滤波电路实现了选频.系统还采用自动直流偏移调零模块,最大限度地减小了整个放大器的偏移,使用了各种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激.该放大器电路结构简单、性能稳定、功能完善,基本达到了各种设计指标的要求.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2017(044)002【总页数】4页(P54-57)【关键词】可程控增益放大器;直流偏移调零模块;OPA690;AD603【作者】王哲【作者单位】天津现代职业技术学院天津300350【正文语种】中文【中图分类】TN721.51.1 方案的比较与选择1.1.1 可控增益放大器的选择方案1：选用程控放大器PGA。
该方案高速芯片比较少，且档位均有限，无法做到连续可调，故不选用此方案。
方案2：选用可控增益放大器VCA820作为控制核心器件。
VCA820通频带达100,Hz～15,MHz，放大增益 10～58,dB，温度稳定高，其增益与控制电压成线性关系，但是电路稳定的线性特性很难控制，增益调节精度不高，芯片性价比不高，市面难以买到。
故不选此方案。
方案 3：AD603在噪声低的前提下稳定性良好，同时可以完全满足所需的增益，并将增益的变化与控制电压相联系，使二者成线性关系，从而轻松调节增益(设定调节范围为-10～30,dB)，实现电路的增益连续可调。
故选择此方案。
1.1.2 功率放大电路的选择方案 1：将输出电压的放大电路交给分立元件。
这种采用多级分立高频的放大电路缺点十分明显，由于线路比较复杂，相互之间的影响比较大，难以精确地对参数进行调节，设计要求的带宽难以保证，因此不选此方案。
方案 2：采用集成运算放大器。
2013D题 射频宽带放大器 全国一等奖设计方案介绍
题目中要求系统增益在 0}60dB 可调，带宽为 100 MHz 以上，1 mV 真有效值输入时最大 真有效值输出幅度大于 1V。由以上分析，该系统共分为四级。第一级采用 OPA847 构建同相 放大器，考虑到第二级输入大于 200 mV 易失真，因此第一级输出信号幅度不宜过大，所以 该设计的第一级放大 8 倍，获得 18.05 dB 左右的增益，第四级放大 5 倍，获得约 13.98 dB 的增益，中间两级串联程控级可调范围为‐40 dB~＋30 dB，所以系统总增益实现了 0~60dB 可调。 （2）带宽计算
的增益带宽积高达 1.6 GHz，是高增益带宽积，低扰动的电压反馈型放大器。在单级能够保 证带宽和精确度的情况下放大小信号，完全满足题目 100 MHz 带宽的要求。
方案 2：使用 OPA846 或 OPA847 芯片，这两种芯片性能相近，都是具有超低输入电压 电流噪声，超高增益带宽积的芯片，OPA846 在放大 10 倍的情况下，有 400 MHz 的带宽， 而 OPA847 具有 3.9 GHz 的增益带宽积，且两种芯片的输入电压噪声也极低，能有效压制噪 声。
（4）电源电路设计 直流稳压电源采用通过变压器、7815 芯片、7805 芯片，将 220 V 转换为±12V 和±5V
直流电源，给整体电路供电。
四、电路测量
（1）电路仿真与级联调试 运用电路仿真软件先对每一级电路进行软件仿真，调整参数，达到要求后焊接电路，进
行单级测量，包括是否达到预定增益指标，增益起伏是否满足要求等。 成功后，将四级级联，整体测试，初步得出结果，再将电路进行固定，调整布局，进行
2015全国电子设计竞赛设计报告(射频可控放大器)
2015年全国大学生电子设计大赛论文【本科组】增益可控射频放大器设计报告2015年8月15日摘要本系统基于对压控增益放大器VCA824的控制，由前级压控模块，后级放大模块，键盘模块以及屏幕显示模块组成。
此设计能实现对百兆信号的放大以及程控增益步进放大。
前级由VCA824和DAC0832组成，单片机控制DAC0832输出电压变化改变VCA824的增益变化，由VCA824输出的信号经过后级放大20dB达到有效值大于2v的输出，并且后级使用增益带宽积达到1.6GHz的OPA657，可以实现通频带大于70M的要求。
本系统还配备STC90C516单片机控制增益变化以及键盘和显示模块。
经验证，本系统基本实现了题目的要求。
关键字：VCA824 DAC0832 电压反馈放大器射频宽带放大增益步进一、系统方案论证1.1 可控增益放大器的方案论证方案一：采用多路开关选择器来选择所需放大倍数对应的运放的跨接电阻来实现增益控制。
由于题目要求增益以4dB 变化，需要十几个个电阻才能达到要求，而多路选择器使电路复杂，影响高频的频率特性，容易引起放大器的自激。
方案二：采用场效应管或三极管控制增益。
主要利用场效应管可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，但由于题目要求的频带较高较难实现，该方案又需要采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。
方案三：采用VCA824压控增益放大器，其特点是dB 为单位变化，可以通过单片机控制DAC0832，进而控制VCA824的增益变化。
该方案连线简单，并且直观，智能并高效。
综上比较，为使电路直观，清晰，稳定，减少自激发生的可能性，采用数字化控制的VCA824.1.2 射频放大器选择的方案论证方案一：采用电压反馈放大器OPA698。
由于该放大器的增益带宽积为450MHz ，基本能满足要求，成本低。
但由于本系统设计仅两级，固定放大器放大20dB ，因此不能满足通频带要求。
方案二：采用电流反馈放大器OPA691，OPA2694，特别是OPA2694的电压压摆率高达4300V/us ，在增益和大信号的调理中表现更好的带宽和失真度，但是输入失调电流比较高，题目要求的2dB 增益起伏难以实现。
射频宽带放大器D题优选稿
射频宽带放大器D题集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-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日摘要本系统以程控增益调整放大器AD603为核心，外加宽带放大器OPA690的配合，实现了高增益可调的射频宽带放大器。
系统主要由六个模块构成：前置放大电路、一阶RC高通滤波电路、可控增益放大电路、输出缓冲电路、直流稳压电源以及单片机显示控制模块。
系统通过第一级OPA690两级级联电路放大20dB，再通过单片机程控两级级联的AD603实现-20～60dB的动态增益变化，从而满足电压增益Av在0～60dB范围内可调的要求。
整个系统放大器可放大1mV 有效值信号，增益可达80dB，通频带内增益起伏1dB,放大器在Av=60dB的时候，输出噪声电压峰-峰值为80mV，通过单片机控制可实现电压增益Av可预置并显示的功能。
整个系统工作可靠、稳定，且成本低。
关键词：射频宽带放大；可控增益；AD603目录射频宽带放大器（D题）【本科组】1系统方案论证1.1方案比较与选择1.1.1前置放大电路方案一：使用分立元件三极管、电阻、电容、电感等构成前置放大电路。
该电路在元件参数设置不精准的情况下，误差较大，且电路结构复杂，设计困难，调试繁琐，故不采用。
方案二：使用仪表放大电路。
仪表放大器具有低输入失调电压、高共模抑制比、可用单电阻实现增益大范围调节等优点，但是专用的仪表放大器价格通常比较昂贵，所以不予采用。
方案三：采用OPA690运放电路。
OPA690为低噪声、低直流零点漂移运放，且结构简单，调试容易，电路稳定，效果较好。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.1.2可控增益放大电路方案一：利用高速运放加数字电位器构造可程控放大器，通过控制数字电位器阻值来控制放大器增益。
但数字电位器建立时间最快也需几us，加之数字电位器3db截止频率一般在几百KHz，当输入信号为MHz数量级下阻值准确性会产生失真，使得程控变得困难，而且高速运放在低频下的响应远不能满足要求。
D题射频宽带放大器 题目解析
Tianjin University 22
四、作品设计举例
模块设计 可控增益放大器设计 方案一：采用场效应管或三极管控制增益。主要利用场效应管可 变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，由于题目 要求的频带较高。该方案采用大量分立元件，电路复杂，稳定性 差。 方案二：采用多路选择器来来改变放大器跨接的电阻的值实现增 益控制。该方案需求每一级放大器都要加多路选择器，不能实现 连续调节，影响高频的频率特性。 方案三：根据放大电路增益可控的要求，考虑直接选取可调增益 的运放实现（如VCA820，VCA821，AD603 ，AD8367）。其特点是 以dB为单位进行调节，可控增益约40dB,可以用单片机方便的预 制增益。
阻抗匹配。该题目要求输入、输出阻抗均为50 ，并 要求负载为50 。所以，需要在输入端和输出端设置阻抗 匹配网络。其中输出端最好为可方便摘下来的负载电阻， 但实际很少有这样做的。当运放的输出电阻很小时，还要 考虑先在运放输出端串一个50 的电阻，然后再接50 负 载。
Tianjin University 20
波形无明显失真。 （5）其他（例如进一步提高放大器的增益、带宽等）。
Tianjin University 16
基本技能
3. 说明 1）要求负载电阻两端预留测试端子。最大输出正弦波
电压有效值应在RL=50条件下测试（要求RL阻值误差
≤5 %），如负载电阻不符合要求，该项目不得分。 2）评测时参赛队自备一台220V交流输入的直流稳压电 源。 3）建议的测试框图如图1所示，可采用点频测试法。
宽带直流放大器(电子设计竞赛)
摘要本系统以单片机ST89C52为主控器件，分为前级放大、增益控制、程控滤波、功率放大、自制电源等模块。
采用可变增益放大器AD603配合后级程控放大实现增益调节，通过软件校正提高增益精度，利用程控滤波模块实现5MHz、10MHz、15MHz的通带选择。
选用温漂小的期间并采用自校零点路来抑制零点漂移。
功率放大部分采用具有高驱动力的运放搭建，驱动50Ω负载时，输出电压有效值可达10V。
电源模块采用低压差稳压芯片提高效率。
系统的输入动态范围为0~10Vpp，增益调节范围为0~95dB，步进可预置，也可手动连续调节，预置增益与实际增益误差小于2%。
系统还设置了输入信号的幅度测量功能。
关键词：功率放大高增益直流放大器低压差设计报告一、前言随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。
于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。
而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。
由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。
直宽带放大器在科研中具有重要作用，宽带运算放大器广泛应用于A∕D转换器、D∕A转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。
例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
因此宽带直流放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。
宽带直流能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号，它广泛应用于自动控制仪表，医疗电子仪器，电子测量仪器等。
目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，宽带直流放大器也同样占有重要地位。
在无线通信、电子战、电磁兼容测试和科学研究等领域，对射频和微波宽带放大器有极大需求，且这些领域对宽带放大器要求各不相同，特别是在通信系统和电子战系统的应用中，对宽带低噪声和功率放大器的性能指标有特殊要求。
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T(josc ) T(josc ) e jT (osc ) 1
，则 T (josc ) 1 ，即环路增益为0db时， T (osc ) Af (josc ) 此时即使输入信号为零，仍有某一频率的信号输 出，即反馈放大器出现自激。要保证反馈放大器稳定工作，必须使其远 离自激状态，这种远离程度可用相位裕量 表示，其定义式为 当
具体模块设计
具体模块设计
二、程控增益放大电路 程控增益放大电路是整个系统增益可调的主要部分，它可以实现对增益连 续可调。在设计中采用了程控增益芯片VCA824，VCA824是一款宽带，电压线 性，连续可变的电压控制增益放大器。其增益最大调节范围可以达到40db，信 号带宽可以达到420MHz。在本设计中，使用了20db的调节范围(主要是为了提 高调节的裕量) 单片机控制的12位串行D/A TLV5616来实现控制电压的直流输出 （0-1V，相应的增益为0-20db）。具体电路如下：
全国电子设计大赛 射频宽带放大器
主要内容
设计要求 方案论证与比较
系统总体设计方案
理论分析与计算 系统测试结果 总结
1. 设计要求
1．基本要求 （1）电压增益 Av ≥20dB ，输入电压，输入电压有效值 Ui ≤20m V。Av在 0～20dB 范 围内可调。 （2）最大输出正弦波 电压有效值 Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真 。 （3）放大器 BW -3dB 的下限频率 fL ≤0.3MHz ，上限频率 fH≥20MHz ，并要求在 1MHz ～15MHz 频带内增益起伏 ≤1dB 。 （4）放大器的输入阻抗 = 50Ω，输出阻抗 = 50Ω。 2．发挥要求 （1）电压增益 Av ≥60dB ，输入电压有效值 Ui ≤1 mV 。Av在 0～60dB范围内可调。 （2）在 Av ≥60dB 时，输出端噪声电压的峰值 U ≤100m V。 oNpp （3）放大器 BW -3dB 的下限频率 的下限频率 fL ≤0.3MHz ，上限频率 fH≥100MHz ， 并要求在 1MHz ～80MHz 频带内增 益起伏≤ 1dB 。该项目要求在 Av ≥60dB （或可达 到的最高电压增益点），最大输出正弦波有效值 Uo ≥ 1V ，输出信号波形无明显失真 条件下测试。 （4）最大输出正弦波电压有效值 Uo ≥1V，输出信号波形无明显失真。 （5）其他（例如进一步提高放大器的增益、带宽等）。
1 1 ,fc 1 j 2fR f C c 2R f C c
由上式可见，电流反馈运放的增益和带宽是相互独立的， 其-3dB带宽位置仅受反馈电阻Rf的影响，因此选取合适的反 馈电阻非常重要，设计中采用的是官方推荐的电阻大小。
4.理论分析及计算
二、放大器稳定性 设反馈放大器的稳态频率响应为:
5. 系统模块设计
前级放大OPA847
5. 系统模块设计
程控放大VCA824
5. 系统模块设计
第一级放大 THS3091 继电器切换
第二级放大 THS3091
5. 系统设计之实物图
5. 系统设计 之实物图
6. 系统测试结果
1. 测试条件 • 9K~3.2GHz函数信号发生器：型号ROHDE &SCHWARZ SMBV100A • 500M数字存储示波器：型号Tektronix TDS3052C 2. 测试结果 系统测试输入输出出阻抗为50Ω， -3dB通频带 , f L 9kHz, f H 147MHz 。在9KHz~102MHz频带内增益起伏小于1dB。本系统增益调节范 围0dB~65dB之间，最大不失真输出电压有效值为1.30V。输出 噪声峰峰值最大为105mV。
7. 总结
整个系统选取宽带、低噪声器件，采用多种抗 干扰措施以及自制印制电路板，实现了射频宽带放 大器系统的基本部分和大部分发挥部分。
谢谢！
4.理论分析及计算
系统采用了电压反馈和电流反馈运算放大器。接下来就这两 种放大器的增益设置和稳定性做理论分析。 一、增益设置 1，正常工作频带内，电压反馈运放的增益和-3dB截止频率表
达式分别为：
Avf Avf
1 Avf 1 ,fc
gm fc Avf 2C c ， 即带宽增益积为常数。所以电压反馈运放 的-3dB带宽位置受增益的影响，电压增益增大时，带宽成比例下 降。在使用电压反馈运放时，要充分权衡电压增益与带宽的关系。
具体模块设计
三、后级功率放大电路 系统要求输出负载50Ω，输出电压有效值不低于1V。因此在设计中选择了 电流反馈型运放THS3091，旨在增强系统带负载的能力。THS3091带宽可以达 到180MHz，压摆率为7300V/us，最大输出电流可以达到250mA，完全满足系统 要求，实际测试当输出电压有效值大于1V时，输出波形无明显失真。具体电路 如下：
2.方案选择与论证
软件控制D/A实现
• 将输入交流信号作为高速D/A的基准电压，通过写控制字控制D/A改
变D/A电阻网络，作为运放的反馈电阻从而改变放大增益。 • 缺点：控制字和增益的关系是指数关系而不是线性关系。
利用AD835乘法器实现。
• AD835带宽250MHz，只需将DA输出的直流信号作为一个乘法输入 来实现对信号的放大或衰减。 • 缺点：AD835在通频带内不够平坦，且高频时输出噪声较大。
j 2fC c gm
gm 2 Avf C c
4.理论分析及计算
2，系统输出需要驱动50Ω 电阻，最大输出电压有效值 不小于1V,则运放输出电流不小于20mA。本方案最后一级采 用止频率表达式分别为：
Avf Avf
180 0 - T (osc ) ，显然，相位裕量越大系统越稳定。因 此，在实际设计电路中，应预有足够的相位裕量。
5. 系统模块设计
尝试过在普通电路板上焊接电路，结果发现非常容易自激， 最后决定采用PCB制作。利用Altium designer设计原理图和 PCB。比赛过程中由于时间和器材的限制，只能在实验室内部 就地取材，将铜板改做成最基本的印制电路板，由于器材限制 不能使用过孔、通孔、双层板等，对本次设计增加了一定的难 度。 PCB底层和顶层大面积铺地，降低接地总线的分布阻抗， 在每个运放的电源管脚处用0.1uF和10uF的电容并联去耦，同 时使信号尽量在同一平面甚至是同一直线上，增强系统的稳定 性，降低噪声。
采用D/A控制VCA824配合继电器实现。
• VCA824带宽420MHz，0.1dB带宽135MHz，可控增益范围-20dB20dB，配合两个继电器实现可控增益放大范围0~ 60dB。 • 控制电压与输出增益成线性关系，且VCA824的电压控制精度非常高
3.系统总体设计方案
系统以MSP430F449单片机为控制核心，硬件部分主要包括前级小信号 放大、程控增益放大、后级功率放大和继电器控制模块。软件部分主要包括 VCA824压控电压的DAC输出控制和继电器选择和切换控制以及按键和显示， 总体框图如下: