摘 要： 程控寬帶射頻放大器是基于同步脈沖轉移原理的有線電視機頂盒的最重要的電路之一。介紹了一種程控射頻寬帶射頻電路的設計與實現方法。該電路設計巧妙，原理簡單，生產、調試與維修都非常方便。實踐證明該電路工作良好，性能優良。
關鍵詞： 射頻；寬帶；放大器；程控增益
有線電視加解擾系統是用來解決電視臺經營過程中偷拉私接、不交費、多臺電視1臺收費等收費問題及開辦增值節目收費問題的一種技術手段。它由加擾設備、解擾設備和管理系統三部分組成。
目前國內外采用的電視加密系統有若干種，其中最常用的方法是脈沖同步轉移法，其解擾器的主要任務是按照加擾密碼恢復被加擾器壓縮的同步脈沖信號。解擾器的核心部件是射頻電路的設計，設計的關鍵點有：
(1)輸入、輸出反射系數滿足有線電視網接入指標要求。
(2)對各頻道射頻信號的放大倍數一致，即帶內平坦度好。
(3)衰減量盡可能恒定(難點)。
(4)產品一致性好，成本低，調整方便。
本文介紹一種用于解擾器的程控寬帶射頻放大器的設計方法。
1 基本原理
本程控寬帶放大器實際上就是一種全頻道寬帶放大器，頻帶范圍為47 MHz～900 MHz。在程控電路的控制下，增益可在N dB和(N+Δ) dB 2種狀態下變化。當控制信號為低電平時，增益為(N+Δ) dB；當控制信號為高電平時，增益為N dB。設計的難點是帶內平坦度和衰減量指標。放大器的原理框圖如圖1所示。
阻抗匹配與高通濾波器的作用是使放大器的輸入阻抗與前端電路的輸出阻抗相匹配，減小信號的反射，同時阻止47 MHz以下頻率的信號通過。負反饋放大器的功能是在確保帶內平坦度的前提下獲得一定帶內增益。共集放大器的主要功能是隔離，并獲得一定的功率增益。衰減與控制電路的功能是提供指定衰減并確保衰減后放大器的帶內平坦度。輸出與阻抗匹配網絡的作用是阻抗匹配，減小信號的反射。
2 關鍵電路設計
2.1 全頻道寬帶放大器的設計
當基于脈沖同步轉移法的解擾器接收到被衰減的同步信號時，全頻道寬帶放大器處于高增益狀態。為了提高帶內平坦度，在電路結構上采取措施的理論依據是負反饋[1]。根據三極管放大電路的基礎理論可知，引入負反饋對放大電路具有擴展頻帶的作用，付出的代價是降低增益。但在本設計中，簡單的負反饋電路已無法滿足性能指標要求，而必須進行改進。設計電路的基本思想[2]是：當輸入信號的頻率較低時，負反饋較強；隨著輸入信號頻率的提高，負反饋逐漸減弱。從而保證在整個電視頻段內的平坦度。
圖2為利用電壓串聯負反饋原理改善放大器帶內平坦度的部分電路圖。其中放大管選擇低噪聲管Q3356；Ro1、Co1為去耦電路；R11b、R12b、R11e為直流偏置電路；Lc為高頻扼流圈；R11e、R12e、C11e、C12e為負反饋電路，主要用于擴展頻帶、改善帶內平坦度。
由放大電路的基本理論[3]可知，加到三極管b、e結之間的信號凈輸入電壓為：
式中，re為等效交流負反饋電阻，rbe為基極到發射極之間的等效電阻，vs為放大器的輸入信號。
當輸入信號頻率較低時，Ce1、Ce2的容抗較大，起交流負反饋作用的發射極等效阻抗較大，使得加到三極管b、e結之間信號的凈輸入電壓較小，放大器的放大倍數也較小；隨著輸入信號頻率的提高，等效電阻變小，負反饋減弱，凈輸入電壓變大，放大器的增益提高。設計本電路的關鍵是R11e、R12e、C11e、C12e的取值，只要選值適當，就可以得到比較理想的直通帶內平坦度和較大增益。
為了減小控制電路介入與否和負載電路對高頻板指標的影響，在控制電路接入點前后需各增加一級射隨器。
2.2 衰減控制電路設計
高頻電路帶內衰減量恒定是一個非常關鍵而難以實現的指標。作者根據多年從事高頻電子線路教學與科研工作的經驗，經過反復試驗，設計出了一種比較理想的電路，其原理電路如圖3所示。該電路雖然簡單，卻非常巧妙。由圖可見，和其他常見電路相比，本電路的關鍵點就是增加了RT1、CT1電路。
高頻板上的控制電路仍然采用是三極管開關電路，其中，Q2為共集電極放大器的放大管，Q3為控制電路的開關管，控制信號加在Q3的基極。根據高頻小信號晶體管放大器的基本理論，共集電極放大器的增益為：
式中，|yfc|為管子的正向傳輸導納，goc為管子輸入交流短路時的輸出導納，gL為放大器的總等效電導。當控制端加TTL高電平時，晶體管Q2飽和導通，gL為合適值，放大器工作于低增益狀態；當控制端加TTL低電平時，晶體管Q2截止，衰減控制電路不工作，gL減小，放大器工作于高增益狀態。
由于控制管輸出電容Cce的存在，當頻率升高時，ωCce增加，等效電導gL增加，使得放大器的增益在高頻段迅速下降。
在衰減控制電路中增加RT1、CT1電路后，隨著頻率的提高，并聯電路的等效導納減小，補償Cce的不利影響，從而保證了低增益條件下的帶內平坦度。
除上述關鍵電路設計外，為保證反射指標，還要設計良好的輸入輸出匹配電路，此處不再累述。
2.3 印制電路板設計
印刷電路板設計是高頻電路設計的關鍵環節，設計得好壞將直接影響最終產品的關鍵性能指標。在設計本印刷電路板時，除遵循引述電路板設計的一般規則外，還要特別注意各元器件的放置位置、接地、頂層大面積接地與底層大面積接地的互通等問題。作者設計的最終印制電路板頂層圖如圖4所示，板上的過孔即是為了良好接地，避免因使用大面積接地引起的分布電容對放大電路性能的影響。
3 電路的仿真、調試與測試
為了降低產品成本，電路全部采取分立元件。調試過程中，主要是調整關鍵元器件的數值。這些元件包括R11e、R12e、C11e、C12e、Re2、Re3、CT1和RT1。為了提高產品的一致性，并縮短產品調試時間，最終產品全部采用固定元件。
電路的Microwave仿真結果如圖5所示，其中圖5(a)為高增益狀態，圖5(b)為低增益狀態。產品實際測試結果和仿真結果近似，增益略低。
本電路已經大量應用于實際產品中，經過幾年的實踐表明，該產品的生產、調試、安裝、維修都非常方便，可靠性高，而且成本非常低，電路的各項性能指標完全能滿足實際需要。
參考文獻
[1] 張肅文.高頻電子線路(第四版).北京：高等教育出版社，2004.
[2] 彭明全.有線電視技術教程.北京：電子工業出版社，2003.
[3] 楊清學.有線電視技術.北京：機械工業出版社，2005.