第三章. 汽车天线电子电路设计概述 射频及电子电路设计原理.难点.docx

第三章. 汽车天线电子电路设计概述: 射频及电子电路设计原理.基本概念：天线特性阻抗：Z是指天线输入电压和电流的比值，由于天线是个电抗性器件，所以天线的阻抗是随着输入电压的频率而变，众所周知，从信号源获得最大功率的条件就是要使天线的阻抗相等。如果阻抗不能和信号源匹配，对于发射天线来说轻者就会是发射功率不能全部通过天线辐射出去，重者会使天馈系统的反射大，造成发热损坏天馈系统和发射机。反过来对接收天线来说就会使天线接收信号不能够完全送到接收机中。是接收到的信号场强低。要做到匹配必须要使天馈系统的阻抗和接收机的阻抗一致。驻波比：SWR比喻从发射机把高频电磁波送到天线过程中会由于不匹配造成一部份反射回来，称为反射和入射，表达式：SWR=R/r=(1+K)/(1-K) R,r为输入和输出阻抗也是入射和反射阻抗，K为反射系数。由于天线和放大器不可能做到完全匹配，所以驻波比是大于1。增益：是指电信号或者电磁波在通过器件或者设备传输过程中的电平幅度变化。表达为 db=20log.u2/u1天线相对增益：是指被测天线和标准天线测量场强的比值。放大器增益：指的是输出端和输入端的比值。带宽：也叫通带，是表示天线或者放大器能够工作的频率范围。这个指标决定了在工作频段内的各点的增益是否平坦。往往增益和带宽相矛盾的。频率响应：指的是设备在各个频率下的增益和参考频点差值。噪声系数：NF指的是有源设备在没有任何信号输入情况下输出电平，输入端信噪比和输出信噪比的比值。这个指标和器件本身特性和工作状态有直接关系，和外部信号没有关系，是由期间内部产生。归纳一下天线主要指针的定义1， 特性阻抗：是指在特定频率下在天线端的相位相同，并符合直流特性的定律。该指针是判定信号传输的最大效率。天线特性阻抗要和放大器输出阻抗一致才能获得最大输出。2，驻波比：是判定在信号传输过程中效率和匹配程度，反射系数和入射系数的比值。3，带宽范围：指天线在工作频率范围内的传输特性。4，频率响应：是指在工作频带内增益的波动，俗称幅频特性。5，带宽和增益这两项指标是互成反比的，要互相兼顾才能使天线达到好的效果。就是说放大器的增益高也不会起到好的效果的。放大器的带宽是由匹配电路的谐振Q值决定的，f=F/Q 第三章第1节: AM/FM电子电路设计.6，此天线为内藏式天线，内部空间有限，根据天线写真特性，FM部份和AM天线则利用绕在塑料棒上面的线圈实现的。为公用一个天线，由于AM部份波长很长所以靠长度来实现天线的匹配不可能，所以只能保证FM天线的指针。AM相对差一些，不做匹配考虑了。电路组成原理鳍式天线结构组成：通常的天线包括AM/FM两个频段，AM部分的工作频率带宽约1MHZ。FM部分工作频率带宽约20MHZ。所以放大器的带宽大于工作带宽。FM电路和组件的实现1， 放大电路：由于天线本身没天线杆，所以FM部分增益大于15DB才可以以满足接收机输入电平要求，可以采用单极放大电路就能够实现，负载采用低Q值的迭层电感，即可以保证低端的抑制，高端的增益得到提升，还可以满足带宽，放大器电路采用共发射极电路就可以满足电压增益，负反馈电路可采用串联电流或者并联电压负反馈电路，用以提高电路的稳定性和带宽。2， 偏置电路要考虑发大器的动态范围和三极管功耗，三极管的选型直流电流放大系数HFE在180-250之间，截止频率大于7GHZ,工作电压Vceo大于12伏。考虑到有一定电平输出，IcM大于0.1A,要考虑晶体管的噪声系数指标，NF2。电阻和电感要考虑工作电流的余量。最常用的三极管的型号有2SC3356。是小信号放大电路常用的三极管之一。3， 电感组件：采用高频迭层电感0603封装电感，铁氧体最大电感量可以做到22UH，0805的可以做到33UH,铁氧体电感能做到100UH。铁氧体电感的自谐频率比较低，所以不能用在频率过高电路中，国内用得最多的就是风华高科的品牌。4， 电容件：电容的型号类型和材质，一般小容值的可以选用NPO的，此种电容对温度变化不敏感，高频电路中采用较多。5， 并联电压负反馈放大电路，通过调整反馈电阻来改变工作电流和反馈深度，此种电路电路简单输入阻抗适中。6， 放大电路负载部份零件的选用：如果选用电阻可以获得较宽的通带，但是在低端的抑制就不会理想，容易使较低频率的其它信号也会放大，其它信号产生交调干扰，选用低Q值可以获得较宽的通带。适当迭层电感的电感量可以在频率较低的时候没有增益，而在高频率时就会得到增益。7， 匹配电路：天线输入输出端的匹配，可以采用一级串联和一级并联的带通滤波电路的匹配。也可以采用高通或者低通电路，根据不同的搭配可以获得合适的阻抗匹配效果，比如增加电感量减小电容，可以增加特性阻抗，反之可以减小。输出端接地的电阻是用来调整输出阻抗，但是会牺牲一些增益，天线杆部份为AM/FM共享，所以匹配和隔离很重要，匹配不好会造成两个部份互相影响。8， 电路的直流工作点很重要，小信号放大时适当减小偏置电流，查看三极管的规格书，2SC3356最佳工作电流是10mA,增益最高，噪声系数最低，是最好电流配置。9， 供电电路对两个放大器通过电阻隔离并加滤波电路保证电路的工作稳定。AM电路和组件的实现1， 放大电路：由于AM电路工作的频率较低波长又很长。特性阻抗比较高，靠常规方法不能达到要求，主要要考虑高阻抗的匹配，所以采用输入输出阻抗比较高的场效应晶体管做放大电路来实现。由于采用较长天线杆，所以采用高跨导晶体管一级也可以满足增益要求，负载也采用迭层电感来获得低端的抑制。2， 晶体管的选用，vD-S工作电压大于12伏，为了满足输入输出阻抗高的要求，放大部份采用了场效应管，用一只2SK1070可以实现电气性能要求，增益可以做到2-3DB（直接测量）。*有些场效应管S-D极可以互换使用。3， 电感组件：因为工作频率较低可以采用铁氧体电感实现。Q值高通带会窄，所以不能用Q值较高的电感。4， 放大电路采用共源极电路源极接地,栅极接地470K电阻给提供一个直流零电位。这个电阻大小会影响漏极电流，负载是一个铁氧体电感，原理和FM部份相同。输入输出部份同样是一个阻抗匹配带通滤波电路。也是对FM实现隔离的作用。5， 匹配电路：输入端和输出端采用一级串联谐振电路和一级并联谐振电路组成，适当调试电感电容的合适搭配，感性和容性特性调整。实现阻抗的拼配和带宽，同时实现两个频段的隔离。见附图第三章第2节: GPS电子电路设计.GPS模块设计天线放大器输出阻抗50LNA中心频率1.57542GHZLNA带宽10MHZ放大器增益273DB工作电压3-5.5V工作电流3V时133MA噪声系数 2：1GPS天线放大器工作频率比较高，所以不能全用集中参数组件来做了，因为有些部份电路就是用参数最小的组件也显得大了，可以考虑集中参数和分布参数兼用的方案进行，输入端的电感利用微带线的分布参数来实现，呈现高通特性。见附图，由于增益要求大于24DB,所以放大器要有两级组成才能满足。晶体管采用低噪声微波三极管2SC5508，工作电流7MA,采用共发射极放大电路，由于是窄带放大器所以要插入一个滤波器保证频率特性要求，内部空间比较小采用电压并联负反馈放大电路，阻容件电感采用0402封装。输入匹配电感部份和偏置电路的电感采用分布参数微带线，集中参数组件都要选用高频损耗小的高频迭层电感。由于采用了两级共射级放大电路要注意不能引起高频自激，电源供电要每级隔离和去耦。采用同轴供电方式，交直流信号的隔离采用迭层电感和电容。第三章第3节: CMMB电子电路设计. CMMB放大器电路：本电路的频率范围是470-870MHZ。带宽在400MHZ。本极增益要求大于5DB。晶体管的选择：采用BFG540，其fT为9G，最大增益18DB，工作电压20V。采用共发射极放大电路，负载采用了电感电阻串联方式，保证带宽和高端增益。为了工作稳定在基极和集电极间加有相位调整电路，避免由于布线原因和分布参数或者三极管的结电容引起寄生振荡，上偏置电阻直接接在集电极上，也是为了稳定工作点。匹配电路和其他电路雷同。这级放大器是由于工作频率比较高才用此电路。供电电路的处理：由于本电路有三个不同频段的放大器，所以要在每个放大器的供电部份加滤波隔离电路。见附图的上部份为CMMB电路。用集成电路实现CMMB电路，具有电路简单增益高容易生产的优越性。第三章第3节: 玻璃印刷天线电子电路设计玻璃天线放大器玻璃天线的造型和其他几种天线造型略不同，由于天线是利用车的侧挡或后档，所以放大器部份的造型一般根据车体造型给出，通常采用五金材料的外壳，可采用镀锌板冲压成型。PCBA靠内部定位卡牢，信号输入线通过一段塑料线连接到玻璃天线上，因为这段导线也是天线的一部份，其长度也会影响接收效果，天线体是通过薄膜天线附在玻璃上，由于安装位置特殊效果会略有不同，后文件位置会比侧文件效果好些。缺点是接收效果也不理想，一个天线的效果一个是本身的设计。另一个是安装位置，安装位置要利于信号的分布。第三章第4节: 整合式天线电子电路设计(2 in 1,3 in 1) 二合一和三合一