第三章. 汽車天線電子電路設(shè)計概述 射頻及電子電路設(shè)計原理.

1、第三章. 汽車天線電子電路設(shè)計概述: 射頻及電子電路設(shè)計原理.基本概念：天線特性阻抗：Z是指天線輸入電壓和電流的比值，由于天線是個電抗性器件，所以天線的阻抗是隨著輸入電壓的頻率而變，眾所周知，從信號源獲得最大功率的條件就是要使天線的阻抗相等。如果阻抗不能和信號源匹配，對于發(fā)射天線來說輕者就會是發(fā)射功率不能全部通過天線輻射出去，重者會使天饋系統(tǒng)的反射大，造成發(fā)熱損壞天饋系統(tǒng)和發(fā)射機。反過來對接收天線來說就會使天線接收信號不能夠完全送到接收機中。是接收到的信號場強低。要做到匹配必須要使天饋系統(tǒng)的阻抗和接收機的阻抗一致。駐波比：SWR比喻從發(fā)射機把高頻電磁波送到天線過程中會由于不匹配造成一部份反射回

2、來，稱為反射和入射，表達式：SWR=R/r=(1+K)/(1-K) R,r為輸入和輸出阻抗也是入射和反射阻抗，K為反射系數(shù)。由于天線和放大器不可能做到完全匹配，所以駐波比是大于1。增益：是指電信號或者電磁波在通過器件或者設(shè)備傳輸過程中的電平幅度變化。表達為 db=20log.u2/u1天線相對增益：是指被測天線和標(biāo)準(zhǔn)天線測量場強的比值。放大器增益：指的是輸出端和輸入端的比值。帶寬：也叫通帶，是表示天線或者放大器能夠工作的頻率范圍。這個指標(biāo)決定了在工作頻段內(nèi)的各點的增益是否平坦。往往增益和帶寬相矛盾的。頻率響應(yīng)：指的是設(shè)備在各個頻率下的增益和參考頻點差值。噪聲系數(shù)：NF指的是有源設(shè)備在沒有任何信

3、號輸入情況下輸出電平，輸入端信噪比和輸出信噪比的比值。這個指標(biāo)和器件本身特性和工作狀態(tài)有直接關(guān)系，和外部信號沒有關(guān)系，是由期間內(nèi)部產(chǎn)生。歸納一下天線主要指針的定義1， 特性阻抗：是指在特定頻率下在天線端的相位相同，并符合直流特性的定律。該指針是判定信號傳輸?shù)淖畲笮?。天線特性阻抗要和放大器輸出阻抗一致才能獲得最大輸出。2，駐波比：是判定在信號傳輸過程中效率和匹配程度，反射系數(shù)和入射系數(shù)的比值。3，帶寬范圍：指天線在工作頻率范圍內(nèi)的傳輸特性。4，頻率響應(yīng)：是指在工作頻帶內(nèi)增益的波動，俗稱幅頻特性。5，帶寬和增益這兩項指標(biāo)是互成反比的，要互相兼顧才能使天線達到好的效果。就是說放大器的增益高也不會起

4、到好的效果的。放大器的帶寬是由匹配電路的諧振Q值決定的，f=F/Q 第三章第1節(jié): AM/FM電子電路設(shè)計.6，此天線為內(nèi)藏式天線，內(nèi)部空間有限，根據(jù)天線寫真特性，F(xiàn)M部份和AM天線則利用繞在塑料棒上面的線圈實現(xiàn)的。為公用一個天線，由于AM部份波長很長所以靠長度來實現(xiàn)天線的匹配不可能，所以只能保證FM天線的指針。AM相對差一些，不做匹配考慮了。電路組成原理鰭式天線結(jié)構(gòu)組成：通常的天線包括AM/FM兩個頻段，AM部分的工作頻率帶寬約1MHZ。FM部分工作頻率帶寬約20MHZ。所以放大器的帶寬大于工作帶寬。FM電路和組件的實現(xiàn)1， 放大電路：由于天線本身沒天線桿，所以FM部分增益大于15DB才可以

5、以滿足接收機輸入電平要求，可以采用單極放大電路就能夠?qū)崿F(xiàn)，負載采用低Q值的迭層電感，即可以保證低端的抑制，高端的增益得到提升，還可以滿足帶寬，放大器電路采用共發(fā)射極電路就可以滿足電壓增益，負反饋電路可采用串聯(lián)電流或者并聯(lián)電壓負反饋電路，用以提高電路的穩(wěn)定性和帶寬。2， 偏置電路要考慮發(fā)大器的動態(tài)范圍和三極管功耗，三極管的選型直流電流放大系數(shù)HFE在180-250之間，截止頻率大于7GHZ,工作電壓Vceo大于12伏。考慮到有一定電平輸出，IcM大于0.1A,要考慮晶體管的噪聲系數(shù)指標(biāo)，NF2。電阻和電感要考慮工作電流的余量。最常用的三極管的型號有2SC3356。是小信號放大電路常用的三極管之一

6、。3， 電感組件：采用高頻迭層電感0603封裝電感，鐵氧體最大電感量可以做到22UH，0805的可以做到33UH,鐵氧體電感能做到100UH。鐵氧體電感的自諧頻率比較低，所以不能用在頻率過高電路中，國內(nèi)用得最多的就是風(fēng)華高科的品牌。4， 電容件：電容的型號類型和材質(zhì)，一般小容值的可以選用NPO的，此種電容對溫度變化不敏感，高頻電路中采用較多。5， 并聯(lián)電壓負反饋放大電路，通過調(diào)整反饋電阻來改變工作電流和反饋深度，此種電路電路簡單輸入阻抗適中。6， 放大電路負載部份零件的選用：如果選用電阻可以獲得較寬的通帶，但是在低端的抑制就不會理想，容易使較低頻率的其它信號也會放大，其它信號產(chǎn)生交調(diào)干擾，選用

7、低Q值可以獲得較寬的通帶。適當(dāng)?shù)鼘与姼械碾姼辛靠梢栽陬l率較低的時候沒有增益，而在高頻率時就會得到增益。7， 匹配電路：天線輸入輸出端的匹配，可以采用一級串聯(lián)和一級并聯(lián)的帶通濾波電路的匹配。也可以采用高通或者低通電路，根據(jù)不同的搭配可以獲得合適的阻抗匹配效果，比如增加電感量減小電容，可以增加特性阻抗，反之可以減小。輸出端接地的電阻是用來調(diào)整輸出阻抗，但是會犧牲一些增益，天線桿部份為AM/FM共享，所以匹配和隔離很重要，匹配不好會造成兩個部份互相影響。8， 電路的直流工作點很重要，小信號放大時適當(dāng)減小偏置電流，查看三極管的規(guī)格書，2SC3356最佳工作電流是10mA,增益最高，噪聲系數(shù)最低，是最好

8、電流配置。9， 供電電路對兩個放大器通過電阻隔離并加濾波電路保證電路的工作穩(wěn)定。AM電路和組件的實現(xiàn)1， 放大電路：由于AM電路工作的頻率較低波長又很長。特性阻抗比較高，靠常規(guī)方法不能達到要求，主要要考慮高阻抗的匹配，所以采用輸入輸出阻抗比較高的場效應(yīng)晶體管做放大電路來實現(xiàn)。由于采用較長天線桿，所以采用高跨導(dǎo)晶體管一級也可以滿足增益要求，負載也采用迭層電感來獲得低端的抑制。2， 晶體管的選用，vD-S工作電壓大于12伏，為了滿足輸入輸出阻抗高的要求，放大部份采用了場效應(yīng)管，用一只2SK1070可以實現(xiàn)電氣性能要求，增益可以做到2-3DB（直接測量）。*有些場效應(yīng)管S-D極可以互換使用。3， 電

9、感組件：因為工作頻率較低可以采用鐵氧體電感實現(xiàn)。Q值高通帶會窄，所以不能用Q值較高的電感。4， 放大電路采用共源極電路源極接地,柵極接地470K電阻給提供一個直流零電位。這個電阻大小會影響漏極電流，負載是一個鐵氧體電感，原理和FM部份相同。輸入輸出部份同樣是一個阻抗匹配帶通濾波電路。也是對FM實現(xiàn)隔離的作用。5， 匹配電路：輸入端和輸出端采用一級串聯(lián)諧振電路和一級并聯(lián)諧振電路組成，適當(dāng)調(diào)試電感電容的合適搭配，感性和容性特性調(diào)整。實現(xiàn)阻抗的拼配和帶寬，同時實現(xiàn)兩個頻段的隔離。見附圖第三章第2節(jié): GPS電子電路設(shè)計.GPS模塊設(shè)計天線放大器輸出阻抗50LNA中心頻率1.57542GHZLNA帶寬

10、10MHZ放大器增益27±3DB工作電壓3-5.5V工作電流3V時13±3MA噪聲系數(shù) 2：1GPS天線放大器工作頻率比較高，所以不能全用集中參數(shù)組件來做了，因為有些部份電路就是用參數(shù)最小的組件也顯得大了，可以考慮集中參數(shù)和分布參數(shù)兼用的方案進行，輸入端的電感利用微帶線的分布參數(shù)來實現(xiàn)，呈現(xiàn)高通特性。見附圖，由于增益要求大于24DB,所以放大器要有兩級組成才能滿足。晶體管采用低噪聲微波三極管2SC5508，工作電流7MA,采用共發(fā)射極放大電路，由于是窄帶放大器所以要插入一個濾波器保證頻率特性要求，內(nèi)部空間比較小采用電壓并聯(lián)負反饋放大電路，阻容件電感采用0402封裝。輸入匹配

11、電感部份和偏置電路的電感采用分布參數(shù)微帶線，集中參數(shù)組件都要選用高頻損耗小的高頻迭層電感。由于采用了兩級共射級放大電路要注意不能引起高頻自激，電源供電要每級隔離和去耦。采用同軸供電方式，交直流信號的隔離采用迭層電感和電容。第三章第3節(jié): CMMB電子電路設(shè)計. CMMB放大器電路：本電路的頻率范圍是470-870MHZ。帶寬在400MHZ。本極增益要求大于5DB。晶體管的選擇：采用BFG540，其fT為9G，最大增益18DB，工作電壓20V。采用共發(fā)射極放大電路，負載采用了電感電阻串聯(lián)方式，保證帶寬和高端增益。為了工作穩(wěn)定在基極和集電極間加有相位調(diào)整電路，避免由于布線原因和分布參數(shù)或者三極管的

12、結(jié)電容引起寄生振蕩，上偏置電阻直接接在集電極上，也是為了穩(wěn)定工作點。匹配電路和其他電路雷同。這級放大器是由于工作頻率比較高才用此電路。供電電路的處理：由于本電路有三個不同頻段的放大器，所以要在每個放大器的供電部份加濾波隔離電路。見附圖的上部份為CMMB電路。用集成電路實現(xiàn)CMMB電路，具有電路簡單增益高容易生產(chǎn)的優(yōu)越性。第三章第3節(jié): 玻璃印刷天線電子電路設(shè)計玻璃天線放大器玻璃天線的造型和其他幾種天線造型略不同，由于天線是利用車的側(cè)擋或后檔，所以放大器部份的造型一般根據(jù)車體造型給出，通常采用五金材料的外殼，可采用鍍鋅板沖壓成型。PCBA靠內(nèi)部定位卡牢，信號輸入線通過一段塑料線連接到玻璃天線上，因為這段導(dǎo)線也是天線的一部份，其長度也會影響接收效果，天線體是通過薄膜天線附在玻璃上，由于安裝位置特殊效果會略有不同，后文件位置會比側(cè)文件效果好些。缺點是接收效果也不理想，一個天線的效果一個是本身的設(shè)計。另一個是安裝位置，安裝位置要利于信號的分布。第三章第4節(jié): 整合式天線電子電路設(shè)計(2 in 1,3 in 1) 二合一和三合