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工程基本介紹

此工程主要是進行飛行器的5.8Ghz圖傳設計，實現飛行器上攝像頭視頻信號的發射。

此工程主要包括原理圖設計、PCB設計和電路仿真。原理圖和PCB設計最多占此工程工作量的30%，電路仿真是非常耗時且繁瑣過程。

為什么要進行電路仿真呢？

5.8Ghz為高頻電路，為了使飛行器上攝像頭視頻信號有效的發射出去。必須進行阻抗匹配。而做阻抗匹配，此工程提供了一個可行的方法，做仿真。

做仿真首先要完成原理圖設計、做阻抗匹配電容和電感元器件的選型、疊層結構確認，PCB的初步設計，然后對初步的PCB設計進行電路仿真。

疊層結構決定了仿真時設置的疊層結構，這點很重要！！！

此電路板為4層，疊層結構為7628！！！！！！（疊層結構改變會影響阻抗）

根據我做此工程的經驗，給出如下設計過程，這個過程很理想。假設你要換做阻抗匹配所需的元器件，電容和電感，一切就又重新開始了……。

（所以高頻電路的仿真就很耗時且繁瑣）

此工程給出了詳細的仿真步驟，見 具體設計部分。

基本電路即接口如下圖所示，主要包括電源電路，射頻+PA電路。電源接口支持3S、4S電池。VIDEO為視頻輸入接口；PDET為PA輸出功率檢測接口。

可以短接如圖所示的部分進行選頻，選擇所要使用的信號發射頻率。

通過短接可以選擇的信號發射頻率如下圖所示。

同樣預留了可以進行SPI編程的接口，進行選頻。

通過SPI編程，可以選擇的信號發射頻率如下圖所示。

RFPA5542這顆PA芯片有3級放大電路，可以短接下圖所示的部分，選擇使用1級、2級或3級放大電路。

此電路板為4層，疊層結構為7628！！！！！！（疊層結構改變會影響阻抗）

此疊層結構也決定了仿真時設置的疊層結構。

兩條傳輸線的仿真結果：

S參數

VSWR

頂層的電磁場

實物測試：

5.8G圖傳 裝機圖

電路板正面

電路板反面

整體圖

功能驗證 圖片：

功率檢測 圖片：

使用射頻功率計，外接30db信號衰減器。

使用兩階放大，外接30db的衰減器，信號的發功率為:

-13+30=17dbm=50mW

-10+30=20dbm=100mw

使用兩階放大，信號的發射功率為50~100mw之間。

使用三階放大，外接30db的衰減器，信號的發功率為:

-2+30=28dbm=640mW

-3dbm+30=27dbm=500mW

使用兩階放大，信號的發射功率為500~640mw之間。

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插播一條，以前立創大賽做的電調和飛控，就是此四旋翼上的。

電調：https://diy.szlcsc.com/p/CLZ1/ji-yublheli-diesc

飛控：https://diy.szlcsc.com/p/CLZ1/f405-fei-kong

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具體設計部分

飛行器設計之5.8Ghz圖傳 目錄

1. 5.8Ghz圖傳 11

2. 原理：放大器工作狀態、偏執網絡和阻抗匹配 11

3. 原理圖與PCB設計 14

4. PCB仿真：HFSS 3D Layout 16

4.1 PCB1仿真步驟 16

4.2 PCB1仿真結果 41

4.3 PCB1_1仿真結果 45

4.4 PCB1_2仿真結果 48

4.5 PCB1_1比PCB1和PCB1_2的仿真結果好，為啥沒用PCB1_1呢？ 49

5.實物測試 50

6.備注 52

1. 5.8Ghz圖傳

飛行器的圖傳包括發送和接收兩個部分，此工程做的是圖傳發射部分；主要功能是將飛行器上的攝像頭的視頻信號發射出去。

目前主流的5.8Ghz圖傳所用的芯片基本都為RTC6705，網上也能找到RTC6705的原理圖，但是對一個剛接觸到高頻信號的人來說，就算有原理圖也很難做出一個功能正常的圖傳，因此使很多人望而卻步。

我將以自己的理解來說明其中的原理，如果有不對的地方，還望各位能指出來，共同進步。

2. 原理：放大器工作狀態、偏執網絡和阻抗匹配

原理部分，參考《射頻電路設計——理論與應用》第8.3節放大器的工作狀態和偏執網絡，給大家解釋。我會把這本書同樣上傳附件。

主要看8.3.2 雙極晶體管的偏執網絡。參考其中的下圖來解釋。

下圖為RTC6705數據手冊上邏輯圖。

書中的RFout即是RTC6705的PAOUT1和PAOUT2。對比兩張圖可知，我們需要在PAOUT1外部選取合適的RFC（射頻扼流圈）、C_B和R₄。

主要介紹RFC（射頻扼流圈）：RFC就是一個電感，我們都知道，電感通直流，阻交流。在這個電路中，電感的這個功能體現的淋漓盡致。從VCC（直流電壓）通過R₄和RFC后，給晶體管提供合適的電壓和電流。從RFout出來的高頻信號（交流），RFC對其來說相當于斷路。

電感的高頻模型如下圖所示，在某一頻率處，電感會自諧振，其自諧振頻率為稱為SRF。

在扼流圈的應用中，SRF能夠最有效地阻斷信號的頻率。在低于SRF的頻率下，阻抗隨頻率增大而增大。在SRF下，阻抗達到最大值。在高于SRF的頻率下，阻抗隨頻率減小而減小。如下圖所示。

因此在理想狀態下應選取一個自諧振頻率略大于信號最高頻率的電感，在此理想狀態下可以選用自諧振頻率為6Ghz的電感。

C_B隔直電容，通交流，阻支流，將射頻扼流圈沒有阻斷的交流信號直接接地。C_B 20pF，R₄ 10ohm。（C_B與R₄所選的大小不是重點，重要的是射頻扼流圈的選擇，并且使傳輸線的阻抗為50ohm）

也可以10pf, 0ohm理解其在電路中的作用，才是最重要的。

阻抗匹配最重要的是知道——信號源的輸出阻抗。

下圖為RTC6705，數據手冊上的原話。在濾波之前，在PA輸出端都有適當的匹配。輸出阻抗，應該就是50ohm。

RFPA5542這顆PA的輸入、輸出阻抗均為50ohm。

所以我們需要使傳輸線的阻抗為50ohm，即下圖所示的兩條傳輸線。

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這就需要使用HFSS 3D Layout進行仿真。

3. 原理圖與PCB設計

看 設計圖 部分。

注意事項：

傳輸線寬度應保持不變，使焊盤寬度和傳輸線寬度保持一致。這樣容易做阻抗匹配。

此工程傳輸線的寬度為0.3mm。

阻抗約為56ohm。

4. PCB仿真：HFSS 3D Layout

首先，用HFSS 3D Layout仿真，需要ODB++格式的文件或其他格式的文件（我用的ODB++格式的文件），立創EDA并不能直接導出，所以只能先用立創EDA導出Altium Designer格式的文件，然后用Altium Designer導出ODB++格式的文件。

給出PCB1的詳細仿真步驟，以及PCB1_1和PCB1_2的仿真結果。

4.1 PCB1仿真步驟

1.將立創EDA里的PCB文件導出成Altium Designer格式的文件

2.將導出的文件解壓，并用Altium Designer打開；

3.導入之后發現覆銅沒得了，中間兩層銅層也沒得了；將中間兩層銅層加上，重新覆銅，并定義版型，處理完之后如下圖所示。

4.導出ODB++格式的文件，操作如下；

5.只需要導出頂層、底層以及中間兩層和機械層1；下面只剩保存操作，不再展示。

6.打開Ansys Electronics Desktop，導入ODB++格式的文件；

7.導入生成ODB++格式文件時，產生的PCB1.tgz文件，并點擊OK。

8.接著點擊OK。

9.導入之后如圖下圖所示。點擊Save，保存。

10.點擊此處設置顯示格式；

11.根據自己喜好設置，我喜歡設置成Display Solid；

12.設置完成之后，效果如下圖所示；

13.點擊此處，設置疊層結構；

14.設置成嘉立創的疊層結構，嘉立創的疊層結構如下；

15.將thickness設置成嘉立創疊層的厚度，并將各層設置成顯示（就是前邊那一列，打上對勾）；

16.設置完成之后，點擊Apply and Close；效果如下圖所示；

17.依次點擊HFSS Extents、Edit，如圖所示；

18.將Horizontal和Positive設置成30mm；點擊 確定

19.依次點擊HFSS Extents、Show，如圖所示；

20.將頁面適當縮小，調整適當位置，如圖所示；方塊，這就是剛才設置的兩個30mm；使用HFSS 3D Layout仿真，要在有限的空間內進行，而設置的這個有限空間就如下圖方塊所示。

21.依次點擊HFSS Extents、Hide，如圖所示；將設置的有限空間隱藏（只是看不見了，仍然存在，不隱藏也行，個人喜歡隱藏）

22.依次點擊Orient、Fit All；點擊之后效果如圖所示，就是把電路板方正，好操作。

23.依次點擊View、Components；

24.電路板上的元器件和芯片會在右側顯示；

25.依次點擊IC、RTC；在RTC上右鍵，Create Ports On Component;

26.在彈出的頁面選擇，$1N154240；

27.點擊EM Design;

28.將HFSS Type設置成Gap;從下圖可以看出，默認Port為50ohm；

29.重復25-28，將$1N59286、$1N154747、$1N103981也設置成Port，位置如下；

30.下圖為設置完成的側面截圖；

31.選中6.8nH電感，點擊Model Info;

32.選中Library;

33.點擊Library Browser;

34.在彈出的頁面找到，選擇的電感型號（LQW15AN6N8G00D），其自諧振頻率為11Ghz左右，立創商城下面給出的自諧振頻率6Ghz是數據手冊上的Self Resonant Frequency (GHz min.) 點擊Apply，點擊OK；

(我當時以為立創商城下面給出的自諧振頻率6Ghz，就是其自諧振頻率，實際是Self Resonant Frequency (GHz min.)；當時篩選元器件的時候直接搜的6Ghz，選的就是它，仿真的時候沒注意，后來才發現自諧振頻率為11Gh左右，但是仿真結果也還可以，所以就繼續用了。PCB1_1仿真的是選的自諧振頻率為6Ghz的，但是那個元件沒現貨)；

35.同樣將這兩個10pF的電容也設置成所選的型號；點擊Apply，點擊OK；

36.依次點擊，如圖所示；

37.在彈出的頁面將頻率設置成5.8G，點擊確認；

38.設置掃頻頻率5.3-6.3Ghz，點擊確認；

39.依次點擊HFSS 3D Layout、Validation Check；

40.顯示沒有錯誤，仿真設置就基本沒什么問題；

41.依次點擊Setup1、右鍵、點擊Analyze，開始仿真；

42.在下面的狀態欄Progress處，可以看到仿真進度；等待仿真完成即可；

43.當顯示掃頻完成時，仿真結束，可以查看結果了；

44.仿真的是這兩條傳輸線的損耗、阻抗和駐波比；

4.2 PCB1仿真結果

45.在Results處右鍵，操作步驟如下；

45.在彈出的頁面選擇

dB(S(RF1.1.$1N103981,U1.13.$1N154747));

dB(S(U1.13.$1N154747,U1.13.$1N154747));

dB(S(U1.3.$1N59286,U3.35.$1N154240));

dB(S(U3.35.$1N154240,U3.35.$1N154240));并點擊New Report;

46.仿真結果如下圖所示；

從圖中可以看出,在5.7-5.9Ghz,S11兩條線，均小于-25dB；在5.7-5.9Ghz，S21基本為0。（S21兩條線重合了）

47.在Results處右鍵，操作步驟如下；

48.在彈出的頁面選擇

S(U1.13.$1N154747,U1.13.$1N154747); S(U3.35.$1N154240,U3.35.$1N154240)；并點擊New Report;

49.仿真結果如下圖所示；

從圖中可以看出,在5.8Ghz,兩條傳輸線的阻抗，實部均在45ohm以上，55ohm以下。

50.在Results處右鍵，操作步驟如下；

51.在彈出的頁面選擇VSWR;

VSWR(U1.13.$1N154747); VSWR(U3.35.$1N154240);并點擊New Report;

52.仿真結果如下圖所示；

從圖中可以看出,在5.7-5.9Ghz,，兩條傳輸線的駐波比均小于1.11。

4.3 PCB1_1仿真結果

1.仿真的是這兩條傳輸線的損耗、阻抗和駐波比；

2.6.8nH電感選擇為LQG15WZ6N8J02(立創商城目前沒有現貨，所以才選用了LQW15AN6N8G00D，即PCB1中的6.8nH電感)，自諧振頻率為6Ghz左右。其余傳輸線上的電感、電容為理想的電感、電容。

3.仿真結果如下圖所示；

從圖中可以看出,在5.7-5.9Ghz,S11兩條線，均小于-36dB；在5.7-5.9Ghz，S21基本為0。（S21兩條線重合了）

4.仿真結果如下圖所示；

從圖中可以看出,在5.8Ghz,兩條傳輸線的阻抗，實部均在50ohm左右。

5.仿真結果如下圖所示；

從圖中可以看出,在5.7-5.9Ghz,，兩條傳輸線的駐波比均小于1.04。

4.4 PCB1_2仿真結果

Animate_log圖

4.5 PCB1_1比PCB1和PCB1_2的仿真結果好，為啥沒用PCB1_1呢？

因為：

A.6.8nH電感（LQG15WZ6N8J02）沒貨，有貨了，可以再做；

B.PCB1_1的仿真，其兩條傳輸線上的電感、電容均為理想元件，并沒有像PCB1和PCB1_2一樣用特定的元件庫里的元件，仿真結果和實際肯定有偏差，不知道會比實際好還是壞，萬一比實際的差，這不直接G了；

C.選元件，跑仿真是一個很繁瑣的過程，目前仿真的文件，無論好的壞的，有幾十G的文件了，仿真 真的能跑一天一夜。

D.給喜歡、感興趣的朋友，提供一個思路，可以自己試試看。

5.實物測試

5.8G圖傳 裝機圖

電路板正面

電路板反面

整體圖

功能驗證 圖片：

功率檢測 圖片：

使用射頻功率計，外接30db信號衰減器。

使用兩階放大，外接30db的衰減器，信號的發功率為:

-13+30=17dbm=50mW

-10+30=20dbm=100mw

使用兩階放大，信號的發射功率為50~100mw之間。

使用三階放大，外接30db的衰減器，信號的發功率為:

-2+30=28dbm=640mW

-3dbm+30=27dbm=500mW

使用兩階放大，信號的發射功率為500~640mw之間。

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6.備注

1. 《射頻電路設計——理論與應用》 這本書太大了116M，沒辦法上傳，最大上傳50M。只上傳了8.3節 放大器的工作狀態和偏執網絡。

2. HFSS 3D LAYOUT 仿真原文件 600多M，壓縮后 還有 400多M，所以也沒辦法直接上傳，給出網盤鏈接。

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1fEJYfRwdB43qmpmRgGhqow

提取碼：30hl

3. 個人聯系方式 QQ：2995001663 QQ群：595223820
這個平臺最大上傳50M的文件，太大的文件，沒法上傳，原文件會上傳至QQ群
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