模拟对讲机单元电路模块化——发射机射频部分

模拟对讲机单元电路模块化发射机射频部分（研发中心线路研究部）前言发射机是由多级放大器组成，按各级的不同作用可以划分为前级放大器、预推动放大器、推动放大器和末级功率放大器；模拟对讲机发射部分的设计主要从以下几个方面来考虑，即，最大输出功率、效率、功率增益、稳定时间和稳定度；各级放大器增益的分配要结合发射机额定输出功率和发射通路上总的损耗综合来考虑，并应该留有3DB以上的裕量；以下就各级放大器的电路形式和设计思路做一简要说明。1、前级射频放大器PRIORSTAGERFAMPLIFIER前级放大器是收发共用的放大器，主要是对压控振荡器（VCO）输出的射频信号进行初步的功率放大，对接收机而言，是提供一定强度的本振信号，对发射机而言，是为后级放大器提供一定强度的激励信号。电路形式如图11所示C588PQ42SC4226C53470PRFINRFOUTC72470PL3018NHR1315KC7301UFR1568K5VR16300R1810C71470P图11发射机前级放大器电路形式ADS仿真条件设置及仿真结果A、ADS仿真条件设置B、直流工作点仿真结果C、S参数、噪声系数和稳定度因子仿真结果D、1DB增益压缩点仿真结果图12前级放大器ADS仿真条件设置及仿真结果设计说明前级放大器处理的信号幅度相对较小，一般采用高增益、低噪声的双极型晶体管放大器；前级放大器的设计主要考虑以下因数，即，稳定的直流工作点、较高的增益和增益压缩点、输入输出阻抗匹配和无条件稳定工作条件。图11所示电路中R13、R15、R16共同提供稳定的直流工作点；L30是射频扼流电感，同时它与C58组成输出匹配电路、与R18组成无条件稳定电路；C53是输入隔直耦合电容，C71、C72是射频旁路电容，C73是电源的去耦电容。定性调试说明1、根据设定的和的大小确定R16的值，然后根据实测的工作点调整R13和R15的CEVI比例以得到设定的和；C2、根据实测的增益调整L30和C58的大小，频率越低其值越大，R18增大或减小也能降低或增大增益；电性能指标范围说明1、输入输出阻抗50OHM2、射频增益1216DB3、1DB压缩点（P1DB）0DBM2、预推动射频放大器PREDRIVERFAMPLIFIER预推动射频放大器主要用来为后级推动放大器提供一定强度的激励信号，以保证推动放大器可以输出足够的功率，以推动末级功率放大器。电路形式如图21所示R201KRFINC79470PR2710C781UC77001UC76470PC8001UR2815C7512PRFOUTL3133NHC747PL32BEAD125VQ52SC4988R1956K图21发射机预推动放大器电路形式ADS仿真条件设置和仿真结果备注由于没有2SC4988的ADS器件模型，所以无法对直流工作点和1DB压缩点进行仿真，以下仿真所用的S参数对应的直流工作点为MAIVCE5,A、ADS仿真条件设置B、S参数和稳定度因子仿真结果图22预推动放大器ADS仿真条件设置及仿真结果设计说明预推动放大器处理的信号强度较前级放大器为大而较推动放大器为小，所以要选用具有一定强度输出功率的放大管，双极型晶体管和场效应管都可以选用；预推动放大器设计时需要考虑的因素基本与前级放大器相同，即，稳定的直流工作点、尽可能大的射频增益、输入输出阻抗匹配和无条件稳定工作条件；图21中，R19、R20和R27共同提供稳定的直流工作点、C75和L31组成输出匹配电路、同时L31又和R28组成无条件稳定电路、C74为输入耦合和匹配电容、L32是用来阻止射频信号串入电源的磁珠、其余为旁路和去耦电容。定性调试说明1、根据和确定R27的值，然后根据实测的工作点调整R19和R20的比例以得到预CEVI设的和；2、根据实测的增益调整L31和C75的大小，频率越低其值越大，R28增大或减小也能降低或增大增益；电性能指标范围说明1、输入输出阻抗50OHM2、射频增益1014DB3、1DB压缩点（P1DB）15DBM3、推动级射频放大器DRIVESTAGERFAMPLIFIER推动级射频放大器主要用来推动末级功率放大器，以保证末级功率放大器的输出功率能够达到发射机的额定输出功率。电路形式如图31所示L3512NHRFOUTC86001UR3056KC839PC8701UR2962KC81470P72VC85470PC881UQ6RD01MUS1213L3312NH5VC8268PL36BEAD12R3110C841000PRFINL3433NHC89470P图31推动级射频放大器电路形式ADS仿真条件设置和仿真结果备注由于没有RD01MUS1的ADS器件模型，所以无法对直流工作点和1DB压缩点进行仿真，以下仿真所用的S参数对应的直流工作点为MAIVDQDS10,27A、ADS仿真条件设置B、S参数和稳定度因子仿真结果图32推动级射频放大器ADS仿真条件设置和仿真结果设计说明推动级射频放大器输出功率已达到几百毫瓦，所以输入输出的阻抗匹配对功率的影响开始变得明显，设计时应该着重考虑；此外，稳定工作条件和压缩点的增益也是应该重点考虑的。图31中，L33、C83组成输入匹配电路，L34、L35和C82组成输出匹配电路，R31、L35组成无条件稳定电路；R30除了提供直流工作点外，还有限流的作用，所以不能太小。定性调试说明1、调整R30和R29的比例以获得合适的直流工作点2、调整输入输出匹配电路以获得最佳的功率匹配，其中C83、L33、R31和L35对功率的影响较大电性能指标范围说明1、输入输出阻抗50OHM2、射频增益1822DB3、1DB压缩点（P1DB）30DBM4、末级射频功率放大器FINALSTAGERFPOWERAMPLIFIER末级射频功率放大器是发射部分比较重要和关键的一级，末级功放的输出功率和效率与发射机的输出功率和效率基本相等，末级功放的稳定性也基本代表了发射机的稳定性。电路形式如图41所示M7W05MML3MMDIELECTRICCAPACITANCE43C98001UM6W05MML28MMC93470PC9527PRFOUTC971UR3247KL39BEAD12C9215PC945PC9901U5VTHICKNESS08MMR35150C9110PR3347KM5W05MML6MMRFINC101470PC90470PC102470PR34150R36330L3833NHD13UDZ30B72VC96100PL3747NHC100470PQ7RD07MVS1213图41末级射频功率放大器电路形式ADS仿真条件设置和仿真结果备注由于没有RD07MVS1的ADS器件模型，所以无法对直流工作点和1DB压缩点进行仿真，以下仿真所用的S参数对应的直流工作点为MAIVDQDS750,2A、ADS仿真条件设置B、S参数和稳定度因子仿真结果图42末级射频功率放大器ADS仿真条件设置和仿真结果设计说明由于末级功率放大器的输出功率较大，阻抗匹配对功率的影响很大，所以输入输出阻抗匹配变得相当重要；此外，稳定工作条件、阻抗失配时的保护也是需要考虑的因素。图41中，L37、C95组成输入匹配电路，微带电感M5、M6、M7和电容C91、C92、C94组成输出匹配电路；R34、C96构成无条件稳定工作电路，R35作为低频信号的负载也能提高放大器的稳定性；R36、D13是防止高电压击穿放大器栅极的保护电路。定性调试说明1、调整R32、R33的比例以获得合适的直流工作点2、根据实际测得的输出功率调整输入输出匹配电路以获得较高的输出功率和效率电性能指标范围说明1、输入输出阻抗50OHM2、射频增益1115DB3、1DB压缩点（P1DB）384DBM5、自动功率控制电路AUTOPOWERCONTROLCIRCUIT自动功率控制电路主要用来使功放输出功率保持在某一恒定值以下，防止功放过载，以形成对功放的保护。电路形式如图51所示72VR37150KTODRAINR38150K2VTOGATER39150KU1ANJM290432841VVOUTR45300KR40620KR4610KR44150KR4747KR4301C105100PR4110KC104100PU1BNJM290456847VVOUTC103100PR4222K图51自动功率控制电路的电路形式ADS仿真条件设置和仿真结果A、ADS仿真条件设置B、几个关键点电压的仿真结果图52自动功率控制电路ADS仿真条件设置和仿真结果设计说明图51所示电路是通过检测输入到功放漏极电流的变化来改变栅极的偏置电压，通过改变增益来改变输出功率。第一级运放和外围器件共同组成一个差动积分放大运算电路，输出电压是运放正反向输入端电压的差值的比例积分，这一级的作用是把变化的电流信号转换为一个恒定输出的电压信号，其中，R38、R45分压后提供一个参考电压，R39、R44与C103组成积分电路，又与R37组成比例电路；第二级运算电路是差动放大运算电路，输出电压是两个输入电压的差值的比例，其中，R46、R47分压后提供一个参考电压，R40、R41组成比例电路；另外，C104、C105为运放的正反向输入端提供一条交流通路，以提高运算电路的抗高频干扰能力。定性调试说明1、积分电路时间常数的调整，R39、R44和C103都可以改变时间常数，且其值越大时间常数越大，其中，R44对时间常数的影响最大，其后依次是R39和C1032、比例电路参考电压的调整，R46、R47的分压比决定了参考电压的大小，且参考电压越大，最