[致新人] 80~130MHz接收天线放大器

MT4S301

【前言】
之前一贴被批不给新人看，遂另为新人写份从校园广播到航空段的天线放大器贴。
本贴将全使用廉价国产元器件，不使用任何停产元器件。全使用商品元器件，不使用手绕线圈等自制元件。
最小无源元件尺寸0603in，三极管封装一律SOT-23，新人经过短期练习即可用烙铁实装。


【正文】
一、本贴目标
    提供一种较容易自行制作的放大器，能对100兆赫带（80~130M）微弱信号（-30dBm或更弱）进行低噪声（NF<2dB）放大（S21>25dB）。
二、技术指标
    输入输出阻抗约50欧（端口反射损失优于-10dB）；并非75欧！
    电源电压5.0V，消耗电流约9mA；
    输入三次截获点IIP3约-10dBm（测不准&不会仿真）；
    在88~108MHz段内：S11<-11.3dB    S21>+28.5dB    S12<-30.5dB    S22<-13.8dB。
三、事前准备
3-1、学会一种绘制PCB的CAD软件，并学会画3层板。了解基本的高频PCB布局好习惯&反例；
3-2、购买随便品牌的0603英制（1608公制）尺寸的电阻3.3kΩ、10kΩ、68kΩ（精度1%很容易买）；
3-3、购买随便品牌的0603英制（1608公制）尺寸的电容4.7nF、15pF、22pF（精度10%及更高）；
3-4、购买随便品牌的0805英制（2012/2015公制）尺寸的绕线电感68nH和270nH（精度10%及更高）；
3-5、购买长晶2SC3356-R25档（hFE=125~250)或台湾UTC公司2SC3356G-B档（hFE=160~240）；
3-6、准备低纹波无尖峰的5V直流电源，不可以直接用充电器或USB接口的5V！


四、原理图
FM_AMP_FOR_BEGINNERS.png (69.48 KB, 下载次数: 12)

2024-12-14 22:34 上传

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说明：
此电路以T1共射管为核心，添加T2共基管组成共射-共基复合放大电路，结合共射放大的高输入阻抗与共基放大的宽频带；
R1、R2向T1基极提供直流电流偏置；R4、R5向T2基极提供电压偏置。
晶体管集电极静态电流被设定在8~10mA范围内，目的是降低管子非线性特性以提高三次截获点。
R3取得输出电压形成反馈电流注入T1基极，提供并-并负反馈。这使端口阻抗降低、LC匹配的Q值下降；
（较低Q值能获得更宽频带内的阻抗匹配，亦能降低电路性能对PC元件参数分散性的敏感性）
L1、C1和L2、C2分别将R3反馈后的输入输出端口的阻抗在100兆赫附近匹配至50欧，C5仅隔直用。
C7和C8是放大电路的电源去耦电容，布局时应靠近L2摆放；C6是共基管T2基极的对地旁路电容。
C3和基极偏置电阻R1·R2形成低通滤波器，阻止漏极大信号经由VCC走线传回T1基极引发自激振荡。


五、电路板布局指引
下面是我画的2层板布局仅供参考。
FM_AMP_BRD_FOR_BEGINNERS.png (141.21 KB, 下载次数: 4)

2024-12-14 22:28 上传

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说明：
正面是信号，低面是完整GND参考层；除连接器外所有元器件都在正面贴装。
VCC铺一块大铜皮，与背面和周围的GND形成分布电容，衰减GHz以上信号经VCC网络的传播。
C7、C8靠近L2摆放提供就近回流至参考层的路径。
T1·T2相互交错摆放，使T1-T2-R3-C4形成的回路周长尽可能小。
T1发射极用多达3个通孔（via）将管脚连接至背面的GND层，既能降低直流电阻又能降低高频电感。
不止T1射极，各种接地器件的焊盘都要有至少1个通孔连接到背面GND层。


六、成品性能测量一例
将【四】的电路图按照【五】的布局焊接，管子采用UTC社2SC3356G-B。所有电容电感购自某宝。
双层板。板材普通FR4，板厚0.8mm，铜厚1盎司
因技术水平有限，仅能提供S参数测量结果。非线性测量与噪声系数测量欠奉。
FM_3356_9mA_Spara.jpeg (116.27 KB, 下载次数: 3)

2024-12-14 22:56 上传

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上图测量条件：激励-30dBm；校准到仪器同轴线末端（即整板视作DUT）；横坐标1~250MHz线性尺度（每格25MHz）
电路的5V电源由TPS7A47提供。


【尾声】
因没拍板子的实物照相，本文完。




补充内容 (2025-1-1 17:24):
补充互调测试结果：对96MHz和98MHz的两路信号，测得IIP3=-4dBm

xiaoduan

longshort 发表于 2024-12-18 08:34
大師的專業術語挺多，俺查了下“PoC”的意思，還是沒搞明白 ：

（以下來自網絡）

POC=Power Over Coax

lyfly

我也搞一个试试。

aihao

为啥不用MMIC，简单。我用TQP9037做的放大器，效果真的不错。群里也有开源的板子。直至中短波这个9037都不错。虽然手册最低是700兆赫.

MT4S301

如今已不再厌恶对我离散元件电路下评论【不如xxx集成块好】的人。
这表明他们面对我精妙的离散电路目瞪口呆却心中不服，然而找不到明显缺陷，只能搬出IC压过我，显示自己威风。
被评论用qorvo的IC替代我的离散电路，我将其视为甚高的荣誉。

aihao

没有别的意思，只是简单的交流，看过别人用mmic做的放大器没有效果，我自己也玩过mmic放大器，效果不怎么好，但是我看过9037的视频，感觉不错，我自己才做了一个，也感觉不错，所以同您交流一下，并没有恶意。如果让您感觉不舒服，抱歉。

海河

aihao 发表于 2024-12-15 21:15
没有别的意思，只是简单的交流，看过别人用mmic做的放大器没有效果，我自己也玩过mmic放大器，效果不怎么好 ...

看了9037的资料不错，同时看了看9036，PDF里频率低端是50M，而9037的频率低端是700兆。
9036的本底噪声只比9037大0.05.

这放大芯片 就是不能调整增益，有些遗憾。

xiaoduan

请教楼主，如果这个电路我想用在老家的室外电视天线上，接收171MHZ的地面波电视信号，应该做哪些修改？我想把这个电路直接装到室外天线上，供电和信号共用一根同轴电缆，供电放在室内，同时通过调整供电电压的方法，可以调整增益吗？

MT4S301

xiaoduan 发表于 2024-12-17 15:45
请教楼主，如果这个电路我想用在老家的室外电视天线上，接收171MHZ的地面波电视信号，应该做哪些修改？我想 ...

只看171，还是171~195全要？
首先无论哪种情形都不能用1楼的电路，1楼电路要改不少LC值才能匹配到171兆。而且它增益难以改变。
其次光收171MHz的话可考虑参考上世纪VHF双栅管的数据手册，抄它给的200MHz性能测定电路（自己加PoC）。
双栅管的好处是，降低VG2就可以减少增益。
比如下面NEC公司3SK222这种：
200MHZ_AMP.png (117.83 KB, 下载次数: 2)

2024-12-17 20:54 上传

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因为3sk222停产，如今998是更现实的选择。
200MHZ_998_AMP.png (187.74 KB, 下载次数: 2)

2024-12-17 21:23 上传

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最后：既然你真的需要一个天下放大器而不像我一样自己折腾练手，建议去买成品PoC户外VHF放大器

longshort

MT4S301 发表于 2024-12-17 21:12
只看171，还是171~195全要？
首先无论哪种情形都不能用1楼的电路，1楼电路要改不少LC值才能匹配到171 ...

大師的專業術語挺多，俺查了下“PoC”的意思，還是沒搞明白 ：

（以下來自網絡）
POC 可能指：

Phone Operation Center，用於大型活動的行動電話網路
Playoutcenter，數字電視的核心功能單元
Pocket Opera Company，紐倫堡的一家音樂劇院

PoC 可能指：

有色人種 （POC），一個對非白人具有積極含義的術語
完成百分比法，會計中的一種完成百分比法
Point-of-care testing，現場測試結果的醫學縮寫
Point of Contact（或Single Point of Contact），特定主題的一站式商店
Ports of Call，海上貿易模擬遊戲
專案管理中的概念驗證
Push-to-Talk over Cellular，該標準描述了移動網路中群組的快速便捷語音通信

Poc 可能指：

Atitlán 潛水夫

Poc 是一個姓氏，可以指：

帕維爾·波奇（Pavel Po&#269;，生於 1964 年），捷克政治家

POC 可能指：

Pocomam 語言（ISO 639-3 代碼），瓜地馬拉 Pocomames 使用的一種瑪雅語言
... ...

MT4S301

lyfly 发表于 2024-12-18 09:27
我也搞一个试试。

看上去不错，等你的好消息
输入输出信号线注意要跟对应的0V线拧成麻花辫，对高频信号的传输比较好

MT4S301

xiaoduan 发表于 2024-12-17 15:45
请教楼主，如果这个电路我想用在老家的室外电视天线上，接收171MHZ的地面波电视信号，应该做哪些修改？我想 ...

刚看到一个MMIC叫NJG1152似乎挺合适

海河

MT4S301 发表于 2024-12-20 19:59
刚看到一个MMIC叫NJG1152似乎挺合适

40-900M，不错

日清纺出的，这个公司我以前只知道好像生产刹车片，没想到居然还有芯片

海河

MT4S301 发表于 2024-12-20 19:59
刚看到一个MMIC叫NJG1152似乎挺合适

我发现一个

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/ ... %252Fcn%252FTHS7530

带宽300M。噪声 Vn = 1.1nV/√Hz ，可变增益11.6dB至 46.5dB

除了贵点，没毛病

e3po

pOWER OVER CABLE

吧。

也就是所谓的幻象供电 ？