頻譜分析儀被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、通信及其他相關(guān)領(lǐng)域,是頻域測(cè)量中非常重要的儀器,有著“頻域示波器”的美稱。然而,在目前高校的教學(xué)中,頻譜分析儀并沒有得到普及,究其原因,主要為高端的頻譜分析儀價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、體積龐大,目前市場(chǎng)上并沒有符合其頻段需求的低成本的頻譜分析儀。因此,研制低端領(lǐng)域低成本、高性能的頻譜分析儀具有廣闊的市場(chǎng)前景。在目前高校電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,信號(hào)的頻率一般不超過1OMHz,為分析高次諧波成分,則需要更高頻率范圍的頻譜分析儀。結(jié)合最近幾年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽情況,其對(duì)信號(hào)的頻率要求基本上在300MHz以內(nèi)。所以本論文旨在設(shè)計(jì)一款教學(xué)用低成本的300MHz頻譜分析儀。而超外差式頻譜分析儀相對(duì)于FFT分析儀而言,設(shè)計(jì)成本低、分辨率高、測(cè)量范圍寬,所以本系統(tǒng)最終采用高中頻超外差式和數(shù)字中頻處理相結(jié)合的方案。系統(tǒng)采用STM32F429作為控制器、Altera Cyclone V系列FPGA作為信號(hào)處理器,被測(cè)信號(hào)經(jīng)過射頻前端處理后,實(shí)現(xiàn)頻譜搬移至中頻10.7MHz,然后經(jīng)A/D采樣,在FPGA中進(jìn)行數(shù)字中頻處理,最終在TFT屏上進(jìn)行頻譜顯示。本系統(tǒng)主要由射頻前端硬件... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１超外差式頻譜儀結(jié)構(gòu)框圖??由圖２．］，超外差式頻譜儀主要包括前端處理、變頻、中頻放大、中頻濾波、??

為：輸入信號(hào)先通過Ａ／Ｄ采樣，然后將采樣值存儲(chǔ)在ＲＡＭ中，再通過離散ＦＦＴ變??換，計(jì)算得到信號(hào)的頻譜信息［１８］。??圖２．２所示即為ＦＦＴ分析儀的原理框圖。輸入信號(hào)通過可變衰減器、低通濾波??器后，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)幅度的控制與頻率的選擇。濾波器后的信號(hào)通過取樣電路和??ＡＤＣ把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)在ＲＡＭ中。然后再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行ＦＦＴ??處理，獲得信號(hào)的頻譜，并將頻譜顯示在屏幕上Ｗ。??信號(hào)????????????????輸入?＂＂＂任誦￣???？衰減器一＞?＿？？取樣電路一？?ＡＤＣ?ＲＡＭ?—＞?ＦＦＴ?—？頻譜顯示??ｆｓ??圖２．２?ＦＦＴ分析儀原理框圖??ＦＦＴ頻譜分析儀的設(shè)計(jì)需要使用高性能的ＦＦＴ硬件電路，才能獲得較高的分辨??率和較高運(yùn)算速度，所以其成本相對(duì)高昂。隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，信號(hào)的??頻率測(cè)量范圍要求越來(lái)越高，而ＦＦＴ分析儀由于后端數(shù)字芯片的限制，其可測(cè)頻率??范圍、動(dòng)態(tài)范圍等就相應(yīng)受到約束，而且ＡＤＣ前的低通濾波器也約束了輸入信號(hào)??的頻率范圍Ｉ８］。所以

由以上指標(biāo)結(jié)合頻譜分析原理，并考慮系統(tǒng)成本和需求，設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)頻譜??測(cè)量方案。本方案采用ＳＴＭ３２＋ＦＰＧＡ的架構(gòu)，主要包括射頻前端處理（三級(jí)混頻）、??本振源、數(shù)字中頻信號(hào)處理及控制顯示等，實(shí)現(xiàn)方案的系統(tǒng)框圖如圖２．４所示。??被測(cè)信號(hào)?Ｊ?射頻前端處理??Ａｎｒ纖??輸入??／?（三級(jí)混頻）??Ｚ?悮厭??ｌｉ?｜?＾??｜＾：＿頻??７Ｉｎｃｈ?ＴＦＴ－ＬＣＤ??頻譜顯示??圖２．４頻譜測(cè)量系統(tǒng)框圖??？主控制器：根據(jù)系統(tǒng)的需求，選用性價(jià)比較高的ＳＴＭ３２作為系統(tǒng)的主控制器，??控制射頻前端的衰減器、射頻開關(guān)、三級(jí)本振源的輸出以及頻譜顯示等，協(xié)調(diào)??各模塊的正常運(yùn)行。??？數(shù)字中頻處理：結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理要求，選用Ａｌｔｅｒａ?Ｃｙｃｌｏｎｅ?Ｖ系列ＦＰＧＡ邏輯??芯片５ＣＳＥＭＡ５Ｈ１Ｃ６Ｎ進(jìn)行數(shù)字中頻處理，從ＡＤＣ模塊獲得采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)??字下變頻處理，包括ＣＩＣ抽取濾波、ＨＢ半帶濾波、ＦＩＲ整形濾波，然后進(jìn)行數(shù)??字檢波，最終將得到的幅值數(shù)據(jù)送入ＳＩＭ３２進(jìn)行后續(xù)的處理。??？射頻前端處理模塊：采用超外差式頻譜分析結(jié)構(gòu)，主要作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行??變頻處理

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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