大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽高頻知識點(diǎn)出題分析

張珂 唐建祥

摘 要 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽目前在各個(gè)高校蓬勃開展，出題分為7個(gè)方向，很多題型牽涉到高頻知識點(diǎn)，例如高頻無線類、信號源類、放大器類和儀器儀表類等，且難度較大。文章分析了這些題型的特點(diǎn)、解決方案，并就如何提高學(xué)生競賽水平，對教學(xué)工作提出了一些教學(xué)措施。

關(guān)鍵詞 電子設(shè)計(jì) 競賽 高頻知識點(diǎn)

中圖分類號：G642 7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

College Students Electronic Design Contest

High-frequency Knowledge Points Analysis

ZHANG Ke， TANG Jianxiang

（China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018）

Abstract National undergraduate Electronic Design Contest is currently flourished in various colleges and universities， the topic is divided into seven directions， many questions involving high-frequency knowledge， such as high-frequency radio category， source type， class and instrumentation amplifiers， etc.， and the difficulty larger. This paper analyzes the characteristics of these kinds of questions， solutions， and how to improve the level of student competitions， presents some teaching measures for teaching work.

Key words electronic design； contest； high-frequency knowledge

1 高頻無線類題目分析

每年高頻無線類題目的具體要求可參考文獻(xiàn)2，下面對此做個(gè)具體分析：

1.1 簡易無線電遙控系統(tǒng)（第2屆，1995年C題）

這是一題典型的無線通信控制題，由發(fā)射和接收兩部分組成，發(fā)射有編碼、調(diào)制和發(fā)射功放等，接收有放大、解調(diào)和解碼等；題目要求工作頻率為6～10MHz中任選一種，調(diào)制方式為AM、FM或FSK等任選一種，收發(fā)距離不小于10m。

此題可用硬件方案實(shí)現(xiàn)，例如采用專用編、解碼芯片，也可用軟件實(shí)現(xiàn)編、解碼功能。

1.2 調(diào)幅廣播收音機(jī)（第3屆，1997年D題）

此題要求采用指定調(diào)幅收音機(jī)集成電路（CX1600P/M），實(shí)現(xiàn)收音功能，基本部分較簡單，實(shí)現(xiàn)收音并測試技術(shù)指標(biāo)等；發(fā)揮部分要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)搜索電臺(tái)并有存儲(chǔ)功能；可預(yù)置電臺(tái)數(shù)目并顯示預(yù)置電臺(tái)序號；自動(dòng)調(diào)諧、存儲(chǔ)電臺(tái)等功能。

此題的背景是當(dāng)年單片機(jī)技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用，正由傳統(tǒng)技術(shù)向數(shù)字化技術(shù)邁進(jìn)，發(fā)揮部分需用單片機(jī)控制鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)功能。

1.3 調(diào)頻收音機(jī)（第5屆，2001年F題）

此題也要求采用指定芯片，用SONY公司提供的收音機(jī)集成芯片CXA1019和鎖相環(huán)芯片BU2614，制作一臺(tái)調(diào)頻收音機(jī)。但頻率要求提高到88MHz～108MHz；同樣也要有各種自動(dòng)功能。

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，最近幾年出現(xiàn)了其他類型，例如數(shù)據(jù)無線傳輸、射頻卡和無線傳感器等。

1.4 單工無線呼叫系統(tǒng)（第7屆，2005年D題）

此題是典型的數(shù)據(jù)單向通信題，要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單工無線呼叫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主站至從站間的單工語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。包括語音傳輸，采用調(diào)頻或調(diào)幅即可；發(fā)揮部分要求實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)的單工無線呼叫系統(tǒng)，主站具有撥號選呼和群呼功能，有英文短信傳輸功能。

1.5 無線識別裝置（第7屆，2007年B題）

此題也是數(shù)據(jù)雙向通信題，具體來說是射頻卡的簡單實(shí)現(xiàn)。要求設(shè)計(jì)制作一套無線識別裝置，由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成，閱讀器能識別應(yīng)答器的有無、編碼和存儲(chǔ)信息。裝置中閱讀器、應(yīng)答器均具有無線傳輸功能，因而需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。

1.6 無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置（第8屆，2009年D題）

此題是一種無線傳感器的簡單實(shí)現(xiàn)，要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置，實(shí)現(xiàn)對周邊溫度和光照信息的探測。該裝置由1個(gè)監(jiān)測終端和不多于255個(gè)探測節(jié)點(diǎn)組成。

以上幾題都是屬于數(shù)據(jù)通信題，但應(yīng)用角度不同，反映了無線通信新技術(shù)在工業(yè)、民用等場合的應(yīng)用。

2 高頻知識點(diǎn)和其他類的結(jié)合

除了上述單純的高頻無線通信題以外，最近幾年出題和其他類題目緊密結(jié)合。

2.1 電壓控制LC振蕩器（第6屆，2003年A題）

這是一個(gè)信號源和高頻技術(shù)結(jié)合的題型，典型特征就是信號源產(chǎn)生的頻率提高到15MHz～35MHz，且需采用鎖相環(huán)技術(shù)提高頻率穩(wěn)定度，并實(shí)現(xiàn)頻率的步進(jìn)調(diào)節(jié)。

2.2 寬帶放大器（第6屆，2003年B題）

這是一個(gè)放大器和高頻技術(shù)結(jié)合的題型，（下轉(zhuǎn)第93頁）（上接第75頁）基本部分要求實(shí)現(xiàn)-3dB通頻帶內(nèi)10kHz～6MHz的放大，最大增益≥40dB且可調(diào)節(jié)，發(fā)揮部分要求進(jìn)一步提高。

國外AD、TI推出了一系列寬帶運(yùn)算放大器，帶寬增益積達(dá)幾百M(fèi)Hz，該題是采用這些芯片實(shí)現(xiàn)。

2.3 正弦信號發(fā)生器（第7屆，2005年A題）

這是一個(gè)信號源和高頻技術(shù)結(jié)合的題型，新技術(shù)即數(shù)字頻率合成技術(shù)DDS的具體應(yīng)用，具有高穩(wěn)定度、低失真等一系列有點(diǎn)，它的出現(xiàn)改變了模擬信號產(chǎn)生技術(shù)一統(tǒng)天下的格局。

2.4 簡易頻譜分析儀（第7屆，2005年C題）

這是一個(gè)測量和高頻技術(shù)結(jié)合的題型。要求頻率測量范圍為10MHz～30MHz；頻率分辨力為10kHz，可設(shè)置中心頻率和掃頻寬度。發(fā)揮部分要求頻率范圍更寬，且能識別調(diào)幅、調(diào)頻和等幅波信號。

2.5 LC諧振放大器（第9屆，2011年D題）

這也是一個(gè)放大器和高頻技術(shù)結(jié)合的題型，采用諧振放大技術(shù)，這是一個(gè)非?；A(chǔ)的題，在任何一本高頻教材上，都有諧振放大器的章節(jié)。牽涉到三極管放大、LC諧振等。

以上分析課看出高頻技術(shù)和其他類型題目結(jié)合明顯、難度加大，隨著頻率的提高，高頻的布線和測試技術(shù)要很高的技巧。

3 高頻知識點(diǎn)的準(zhǔn)備

從以上高頻知識點(diǎn)在競賽出題中的分布情況范圍極廣，為了在競賽中取得好成績，主要需掌握如下知識點(diǎn)：

3.1 無線收發(fā)技術(shù)

無線收發(fā)技術(shù)包括傳統(tǒng)的模擬信號收發(fā)技術(shù)和數(shù)字信號收發(fā)技術(shù)。模擬信號收發(fā)技術(shù)常用MC2833（發(fā)射）、MC3372（接收）等集成電路；數(shù)字信號收發(fā)技術(shù)有三極管或?qū)Ｓ眯酒?，?shí)現(xiàn)ASK、FSK、PSK。

3.2 高頻信號產(chǎn)生

高頻信號產(chǎn)生主要有模擬、鎖相環(huán)和DDS三種手段，模擬技術(shù)信號產(chǎn)生一般用三極管，但穩(wěn)定度較差；鎖相環(huán)技術(shù)信號產(chǎn)生可用專用鎖相環(huán)芯片，例如MC145162等。DDS技術(shù)信號產(chǎn)生有AD公司的AD系列，例如典型的AD9852，最大輸出頻率可到80MHz。

3.3 高頻信號放大

高頻信號放大有寬帶、諧振放大等，寬帶放大目前采用寬帶運(yùn)放，例如THS3001等。還有些型號是程控增益放大功能，例如AD603、VCA820系列等。

諧振放大采用三極管共發(fā)射極放大，例如2SC9018、2SC3058等都是常見高頻管，集電極回路接LC選頻。

4 對教學(xué)工作的挑戰(zhàn)

高頻技術(shù)牽涉帶的技術(shù)面廣，理論難度大，實(shí)踐制作中因頻率關(guān)系，學(xué)生往往遇到的問題也較多，這些對我們的教學(xué)提出一定的挑戰(zhàn)。

在理論教學(xué)上，深入淺出講解理論，使學(xué)生在實(shí)踐前，掌握明白高頻基礎(chǔ)理論，因?yàn)闆]有理論指導(dǎo)的實(shí)踐是不會(huì)成功的；在實(shí)踐環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)非常關(guān)鍵，讓學(xué)生從最簡單、基本的實(shí)驗(yàn)起步，例如單個(gè)三極管的放大，從而培養(yǎng)學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情；同時(shí)，要使用合適的芯片，可減少電路復(fù)雜程度，提高實(shí)驗(yàn)成功率。

5 結(jié)論

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽開展至今，難度逐年提高，尤其體現(xiàn)在高頻知識點(diǎn)的加強(qiáng)，和其他類型題目的結(jié)合。為了提高學(xué)生參賽水平，對我們的教學(xué)工作提出了挑戰(zhàn)，要求在理論教學(xué)上，由淺入深，不宜追求過大的難度，以免學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理；在實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)，從簡單、易做的電路開始，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和動(dòng)手，建立學(xué)生的成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，方能取得較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊興明.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽賽題分析和啟示[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007（4）：55-56.

[2] 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì).2011年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽工作總結(jié)報(bào)告[R].北京：電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì)，2011.

[3] 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.