高頻數控移相器系統實驗設計

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關鍵詞：高頻電子線路；模擬電路；實驗設計；移相器；檢測；負反饋跟蹤系統

0引言

近年來，實驗教學在大學工科類專業教學中發揮著越來越重要的作用[1⁃3]。特別是高頻電子線路、模擬電子線路等這些工程應用性、實踐性非常強的課程，實驗教學尤為重要。高頻電子線路是電子信息類專業的專業基礎課，是對模擬電路更深層次的學習和應用。這門課程的綜合性、專業性較強，學生學習難度較大。而目前大部分高頻實驗課就是通過虛擬實驗、實驗箱對課堂上學習的各種電路進行驗證[4⁃6]。學生理論課難以理解，實驗驗證糊涂走過場，導致他們逐漸對高頻課程的學習失去信心和興趣[7⁃9]。

電子信息類專業[10⁃11]有一個共同點——都與雷達有關，而數控移相器是雷達系統中通道相位自動均衡系統的核心。本文設計了一個高頻電子線路課程的綜合自選實驗，通過對高頻數控移相器及其檢測裝置進行實驗系統設計，對實驗進行層層實驗設計，來激發學生的興趣，增強他們的實踐能力，使他們更進一步貼近自己的專業。

1實驗系統設計方案

實驗系統主要包括信號產生器、數控移相器、移相控制器、相幅差檢測、信號調理轉換、控制器、數據顯示七部分。系統每一部分都可由多種方法來實現，例如：數控移相器可由多級串聯式移相器和矢量合成式移相器這兩種方法實現；相、幅差檢測可由模擬集成式鑒相鑒幅器和模數混合式鑒相鑒幅器這兩種方法實現。這樣可以引導學生在自學、設計制作過程中，注意實現方法的多樣性，使他們能夠根據需求比較選擇合適的技術方案、電路和元器件。

2實驗任務設計

2.1數控移相器設計

結合實際應用，這里主要指標為：對輸入信號為50MHz正弦波，能進行0°~360°移相，最小步進小于2°（采用多級串聯移相器）；另外，對速度、幅度也有相應要求。

2.2相位檢測器設計

高精度移相器能否精確測量、調試相位是首要問題。市場上精密的相位測試儀非常少見，因此在沒有精密相位測試儀的情況下，常規的相位測量方法就是通過高頻示波器，比較輸出與輸入波形的相對位置變化。但是這種方法并不能得到精確的相位值，只能用于粗調和功能監測。因此這里需要設計一個精密的相位檢測器。該相位檢測器相對精度（測變化量）可達到0.1°，可以直接進行數字顯示，也可以通過雙路同步信號源來進行校準。

2.3測試步驟設計

根據相位檢測器的實際情況，采用常規儀器，配合輔助電路，合理設計測試步驟，構成一個實際可用的測量系統，精確檢測各級移相量。

2.4相位負反饋跟蹤系統設計

這一步是將靜態檢測系統升級為動態的相位負反饋跟蹤系統。當參考支路的相位發生變化時，被測移相器支路的相移能自動跟蹤它的變化，并且保持兩個支路相位差在容差之內。完成了以上所有設計后，就已經非常接近一個雙通道接收機的相位自動均衡系統，這正是本次實驗的目的。通過這樣層層任務設計，使學生從設計部件到設計部件檢測器，再到設計檢測系統，最后進行綜合系統設計，這樣一個工程的鍛煉，逐步擴展知識面、增強實踐能力，更進一步貼近自己的專業。

3實驗實施過程

作為課程的自選綜合實驗之一，本文主要與課外興趣小組、電子設計競賽相結合，實施過程主要分為發題分組、課堂講授、設計制作輔導和驗收測試四個階段。

3.1題目，分組階段

先實驗信息、報名流程和相關要求，提前向學生提供設計任務書、有關知識要求和參考書目等。學生在充分了解實驗內容和要求后自愿報名選做該實驗題目。再根據報名的情況確定分組，每組成員3人。

3.2課堂講授

本階段主要在應用背景介紹的基礎上，結合測角系統框圖說明相位自動均衡系統中主要部件的作用，聯系實驗設計任務書，強調本實驗課題的工程應用特性，來激發學生的興趣。另外，還要詳細講解高頻電路設計注意事項，并且強調在保證測試精度的前提下，注重可實現性和可操作性。對自動相位反饋系統，要綜合時間和條件等，優先實現較簡單的系統。最后還要對時間節點和實驗報告提出明確的要求。

3.3設計制作階段

首先要及時評估學生初級方案的可行性，根據現有條件，提出修改建議；然后輔導、檢查學生所設計電路的可行性、完整性，解答疑難問題。在學生制作調試過程中提供必要的元器件、儀器設備支持，并在中期開展分組討論、交流經驗，加強對關鍵指標的把握。

3.4驗收測試

首先進行實驗報告的閱讀和評分，此外要進行現場實物性能測試，結合實驗報告情況進行綜合評分。最后還要進行課題總結，組織學員演講交流。

4結語

該實驗系統設計涵蓋了多種相位處理電路，彌補了高頻實驗相位處理電路的稀缺。同時結合了電子信息類專業特點，涉及雷達測角多通道接收機相位自動均衡系統，工程實踐性很強。該實驗根據實際的需求，層層設計實驗任務，這樣逐步貼近了實際應用系統，激發了學生學習高頻課程的興趣。此外，系統的各環節實現方法具有多樣性，有助于擴展學生的思路，使他們學會尋求多種方法解決問題。

參考文獻：

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作者：常娟 王立志 陳長興 段小虎 魏青梅 單位：空軍工程大學 西北工業大學