高頻數(shù)控移相器系統(tǒng)實驗設(shè)計

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關(guān)鍵詞：高頻電子線路；模擬電路；實驗設(shè)計；移相器；檢測；負反饋跟蹤系統(tǒng)

0引言

近年來，實驗教學(xué)在大學(xué)工科類專業(yè)教學(xué)中發(fā)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(yīng)用性、實踐性非常強的課程，實驗教學(xué)尤為重要。高頻電子線路是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是對模擬電路更深層次的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。這門課程的綜合性、專業(yè)性較強，學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的各種電路進行驗證[4⁃6]。學(xué)生理論課難以理解，實驗驗證糊涂走過場，導(dǎo)致他們逐漸對高頻課程的學(xué)習(xí)失去信心和興趣[7⁃9]。

電子信息類專業(yè)[10⁃11]有一個共同點——都與雷達有關(guān)，而數(shù)控移相器是雷達系統(tǒng)中通道相位自動均衡系統(tǒng)的核心。本文設(shè)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(shù)控移相器及其檢測裝置進行實驗系統(tǒng)設(shè)計，對實驗進行層層實驗設(shè)計，來激發(fā)學(xué)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(yè)。

1實驗系統(tǒng)設(shè)計方案

實驗系統(tǒng)主要包括信號產(chǎn)生器、數(shù)控移相器、移相控制器、相幅差檢測、信號調(diào)理轉(zhuǎn)換、控制器、數(shù)據(jù)顯示七部分。系統(tǒng)每一部分都可由多種方法來實現(xiàn)，例如：數(shù)控移相器可由多級串聯(lián)式移相器和矢量合成式移相器這兩種方法實現(xiàn)；相、幅差檢測可由模擬集成式鑒相鑒幅器和模數(shù)混合式鑒相鑒幅器這兩種方法實現(xiàn)。這樣可以引導(dǎo)學(xué)生在自學(xué)、設(shè)計制作過程中，注意實現(xiàn)方法的多樣性，使他們能夠根據(jù)需求比較選擇合適的技術(shù)方案、電路和元器件。

2實驗任務(wù)設(shè)計

2.1數(shù)控移相器設(shè)計

結(jié)合實際應(yīng)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(lián)移相器）；另外，對速度、幅度也有相應(yīng)要求。

2.2相位檢測器設(shè)計

高精度移相器能否精確測量、調(diào)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(guī)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(diào)和功能監(jiān)測。因此這里需要設(shè)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(shù)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(shè)計

根據(jù)相位檢測器的實際情況，采用常規(guī)儀器，配合輔助電路，合理設(shè)計測試步驟，構(gòu)成一個實際可用的測量系統(tǒng)，精確檢測各級移相量。

2.4相位負反饋跟蹤系統(tǒng)設(shè)計

這一步是將靜態(tài)檢測系統(tǒng)升級為動態(tài)的相位負反饋跟蹤系統(tǒng)。當參考支路的相位發(fā)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(nèi)。完成了以上所有設(shè)計后，就已經(jīng)非常接近一個雙通道接收機的相位自動均衡系統(tǒng)，這正是本次實驗的目的。通過這樣層層任務(wù)設(shè)計，使學(xué)生從設(shè)計部件到設(shè)計部件檢測器，再到設(shè)計檢測系統(tǒng)，最后進行綜合系統(tǒng)設(shè)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(yè)。

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(shè)計競賽相結(jié)合，實施過程主要分為發(fā)題分組、課堂講授、設(shè)計制作輔導(dǎo)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(guān)要求，提前向?qū)W生提供設(shè)計任務(wù)書、有關(guān)知識要求和參考書目等。學(xué)生在充分了解實驗內(nèi)容和要求后自愿報名選做該實驗題目。再根據(jù)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(yīng)用背景介紹的基礎(chǔ)上，結(jié)合測角系統(tǒng)框圖說明相位自動均衡系統(tǒng)中主要部件的作用，聯(lián)系實驗設(shè)計任務(wù)書，強調(diào)本實驗課題的工程應(yīng)用特性，來激發(fā)學(xué)生的興趣。另外，還要詳細講解高頻電路設(shè)計注意事項，并且強調(diào)在保證測試精度的前提下，注重可實現(xiàn)性和可操作性。對自動相位反饋系統(tǒng)，要綜合時間和條件等，優(yōu)先實現(xiàn)較簡單的系統(tǒng)。最后還要對時間節(jié)點和實驗報告提出明確的要求。

3.3設(shè)計制作階段

首先要及時評估學(xué)生初級方案的可行性，根據(jù)現(xiàn)有條件，提出修改建議；然后輔導(dǎo)、檢查學(xué)生所設(shè)計電路的可行性、完整性，解答疑難問題。在學(xué)生制作調(diào)試過程中提供必要的元器件、儀器設(shè)備支持，并在中期開展分組討論、交流經(jīng)驗，加強對關(guān)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(xiàn)場實物性能測試，結(jié)合實驗報告情況進行綜合評分。最后還要進行課題總結(jié)，組織學(xué)員演講交流。

4結(jié)語

該實驗系統(tǒng)設(shè)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(jié)合了電子信息類專業(yè)特點，涉及雷達測角多通道接收機相位自動均衡系統(tǒng)，工程實踐性很強。該實驗根據(jù)實際的需求，層層設(shè)計實驗任務(wù)，這樣逐步貼近了實際應(yīng)用系統(tǒng)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)高頻課程的興趣。此外，系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)實現(xiàn)方法具有多樣性，有助于擴展學(xué)生的思路，使他們學(xué)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(xué) 西北工業(yè)大學(xué)