2017年全国大学生电子设计竞赛F题方案及制作过程分享 / 四六文摘

输入信号为调幅度50% 的AM信号。其载波频率为250MHz~300MHz，幅度有效值Virms为10μV~1mV（-87dbm----47dbm），调制频率为300Hz~5kHz。

低噪声放大器的输入阻抗为50Ω，中频放大器输出阻抗为50Ω，

中频滤波器中心频率为10.7MHz，

基带放大器输出阻抗为600Ω、

负载电阻为600Ω，

本振信号自制。

由题目知，输入信号为-87dbm--- -47dbm，下面咱们就以-90dbm---- -50dbm设计这个接收机，看下频率是250---300MHz，由于题目没有要求制作前端滤波器，但是我觉得这个滤波器加上更好，带宽可以宽一点，正好发挥部分有要求，提升带宽，所以我采用高通和低通组合形成带通的形式。

接收机系统设计需要考虑的三个要素有：

选择性的分配

增益的分配

噪声的分配

选择性是衡量接收机抗干扰能力的一项重要指标，也是保证接收机能正常工作的一个重要手段。选择性的实现由带通滤波器（BPF）来完成；其中，频段的选择在射频部分完成，信道的选择在中频部分完成。

两个射频带通滤波器分别位于低噪声放大器（LNA）的输入和输出级，由于带外抑制和带内插损两个指标相互矛盾，且低噪放前级滤波器的插损对系统的噪声系数影响较大，所以射频频带选择性的分配以低噪放输出级优于输入级为好，一般应使低噪放输入级滤波器的插损在2dB以内。

增益的分配

接收机高频部分总的增益（射频增益、中频增益和变频增益的和）的大小取决于解调器的性能和整机设计指标。

以二极管包络检波为例，由于本人实际测试，频率为10.7MHz，功率-20dbm，调制度为50%，调制信号为2.5KHz，信号能正常解调出来，无明显失真。

整机设计指标-90dbm，到达解调器口的电平为-20dbm就能解调出来，所以射频与中频增益为70db就能满足。

低噪声放大器的增益太低会降低系统噪声系数，太高会减小接收机的动态范围，所以低噪放的增益一般设置在15—20dB之间。而射频滤波

器、变频器、中频滤波器的插入损耗的总和一般在10dB左右，所以射频和中频总增益要在80db。

噪声的分配

接收机的本底噪声主要取决于系统增益和有源器件的噪声系数，所以在分配系统增益时，在满足接收灵敏度对增益的要求时，应尽量减小系统增益；另外在选择放大器时，除低噪声放大器（LNA）外，其它放大器也应尽量选用噪声系数低的管子。

以上是理论的分析。下面开始我实际只做的过程，

1、高通滤波器

接收机最前端的射频滤波器，我采用LC高通滤波器，，然后低噪放，在是低通滤波器，正好形成了一个带通滤波器。实测图如下

高通滤波器忘记拍单独的照片了，这是带着低噪放测试的。

2、低噪声放大器

低噪声放大器我采用的RFMD公司的SPF5043，是个宽带的放大器，噪声系数只有0.6db左右，增益为20db。实际测试如下

实际测试出来的在250---300MHz处增益为18.5db左右，因为我的测试线比较长有损耗，要用demo板测试肯定在20db以上。蓝色和紫色的线为输入输出驻波，实际测试在1.5以下。

3、低通滤波器

低通滤波器我也采用的LC形式，这个我单独拍照片了如下

带内损耗1db，在500MHz处抑制40db。

下面是低噪放和滤波器组合测试如下图

带内还算平坦，增益稍稍降低了点，并无大碍，在后面的中频部分补进去。

这是实物，高通滤波器，低噪放，低通滤波器。

4、混频器

混频器我采用的是二极管双平衡混频器，虽然没有变频增益，但通过引入平衡电路可以抵消本振信号及本振信号的偶次谐波分量，使其性能更接近理想相乘器；二极管双平衡混频器的形式相对比较固定，调试也相对简单。

这个就是二极管双平衡混频器，不需要外设复杂的电路。用起来方便。

混频器输出波形

这个是经过下变频的AM信号，示波器观看到，载波已经降到10.7MHz，包络是600Hz左右。

5、本地振荡器

对于接收机来说本振也不次于低噪声放大器，也是接收机的心脏，

这里面完全可以采用分立器件构建频率合成器，200---300MHz左右的VCO还是很好搭建的，主要就是时间问题。

还可以采用芯片形式的PLL。例如ADF4360-9、ADF4350之类的，我本打算用ADF4360-9的，但是实际中调试程序没有通过，结果时间都不浪费到这上面了，我在09年上大学的时候就开始接触ADF4350了，这个芯片很好用，现在我做的很多产品也使用的这个芯片，程序也比较成熟了。直接换成ADF4350

这里是ADF4360-9,程序没有调通，直接外挂一个ADF4350本振

6、中频滤波器

中频滤波器我采用的是晶体滤波器，最主要的就是匹配，由于题目要求，中频放大器阻抗为50欧姆，这样滤波器肯定要匹配到50欧姆上，否则增益大打折扣。实测图

主要就是输入输出的阻抗匹配，再加耐心的调试，肯定能成功。

调试的结果图，带内很平坦，3db带宽14KHz，损耗不到3db。

带外抑制非常好。都在70db以下

8、中频放大器

这个部件是本次题目的重点，经过上面的计算分析，此方案的中频增益要达到60db，在低频部分做到60db还是很容易的，而且还要做40db的AGC功能，这个也是发挥部分的要求。

在这里我只有方案，我没有实现，以为我手里没有现成的东西，所以没办法实现，就算不用AGC功能，最起码的基本部分可以完成的，第一、可以采数控衰减器与单片机结合控制，进过包络检波后变成直流信号，用单片机的AD去采样，然后控制数控衰减器调节中放的增益。

第二、是采用三极管自身的特性，随着Ic的增大，增益下降，这样也比较简单，但是得要对模拟电路很熟练，加上实际的动手能力。

目前这个两种方案都可以，第一种是数模结合的，第二种是纯模拟的，是很考验学生的功底的。

9、包络检波

说道包络检波，有的同学问我可不可以用同步检波，当然可以了，AM信号可以用同步检波，也可以用包络检波，但是DSB和SSB就不能用包络检波了，只能用同步检波，能用包络检波的干嘛还要用同步检波呢，而且同步检波电路很繁琐的，要载波提取，在用乘法器相乘后在低通滤波，才能实现解调。

而包络检波就用一只高频二极管就搞定了，要是效果不好，调节后面的RC电路，把高频分量滤除就解决了。

我简单的测试了几个频点，

由于我目前做的中放只有20db的增益，所以我测试的时候只能把输入信号加大，就是为了测试。

输入250MHz 调制度50% 调制频率1KHz 输入功率-30dbm（只为了测试）

解调输出的波形，这个输出的幅度，不用管，因为没有中放，所以后面的增益只做参考，

输入300MHz 调制度50% 调制频率2.5KHz 输入功率-30dbm（只为了测试）

题目要求是步进1MHz，所以下面测试个251MHz的信号

输入251MHz 调制度50% 调制频率2.5KHz 输入功率-30dbm（只为了测试）

昨晚也是太晚了，不愿意调了，发现个问题，就是我改变调制频率（300Hz---5KHz）的时候，输出的幅度在变化，我就找这个原因，我把示波器探头放在10.7MHz输出端，改变调制频率，输出幅度没有变换，我想想明白了，是二极管检波后面的RC问题，其实RC就是个低通滤波器，之前做的项目调制频率是固定的1KHz，所以没有在乎这个问题，今天到公司上班我从新调试了，用信号源进行测试，结果幅度很稳定，如下图

输入10.7MHz 调制度50% 调制频率300Hz 输入功率-20dbm，这里也证明了二极管检波最小信号的测试，也为了前面计算整机增益做的必要测试。