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1、简易的频谱分析仪设计毕业论文目录摘要IAbstractII1绪论-1-1.1频谱分析仪的简介-1-1.2总体设计方案比较-2-1.3底层电路方案比较与选择-2-1.3.1本机振荡电路-2-1.3.2混频电路-3-1.3.3滤波电路-3-1.3.4检波电路-3-1.3.5扫频发生器电路-4-1.4本课题研究的意义-4-1.5本课题设计思路-4-2频谱分析仪的硬件设计-6-2.1频谱分析仪的整体结构-6-2.2频谱分析仪的各模块电路设计-7-2.2.1本机振荡器模块-7-2.2.2混频器模块-9-2.
2、2.3放大器模块-9-2.2.4滤波器模块-10-2.2.5检波器模块-12-2.2.6扫频发生器模块-13-2.2.7电源保护模块-16-3软件设计-18-3.1软件设计要求-18-3.2主程序的软件设计-19-4系统调试与指标测试-20-4.1硬件调试-20-4.2软件调试-20-4.3软硬联合调试-20-4.4指标测试-20-4.4.1仪器测试-20-4.4.2指标测试-20-结论-23-致谢-24-参考文献-25-附录-26-I1绪论1.1频谱分析仪的简介频谱分析仪是对无线电信号进行测量的
3、必备手段，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，在各种振动、噪声、电声、发动机、建筑、生物、医学等领域也起着重要作用。因此，频谱分析仪的应用十分广泛，被称为工程师的射频万用表。频谱仪被誉为射频领域的示波器，现代频谱仪不仅具有传统的频谱分析功能，而且通过扩展选件，可以集成功率计、频率计、标量/矢量网络分析仪、信号分析、通信测试仪等众多仪器的主要功能，堪称射频测试的集大成者，拥有一台高性能频谱仪，即可完成大部分射频测试、信号分析功能。现代实时频谱仪的出现，进一步将频谱仪的应用领域扩展到快速变化的瞬
4、态信号测试、实时带宽信号分析中。传统的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经变频器变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器
5、而不是矢量仪器。基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪，通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，达到与传统频谱分析仪同样的结果。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱分布图。在这种频谱分析仪中，为获得良好的仪器线性度和高分辨率，对信号进行数据采集时ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍，亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需要ADC有200MS/S的取样率。目前半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S
6、的ADC或者分辨率12位和取样率800MS/S的ADC，亦即，原理上仪器可达到2GHz的带宽，为了扩展频率上限，可在ADC前端增加下变频器，本振采用数字调谐振荡器。这种混合式的频谱分析仪可扩展到几GHz以下的频段使用。FFT的性能用取样点数和取样率来表征，例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点，则最高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取样点数为2048点，则分辨率提高到25Hz。由此可知，最高输人频率取决于取样率，分辨率取决于取样点数。FFT运算时间与取样，点数成对数关系，
7、频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时，要选用高速的FFT硬件，或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如，10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs，而10KHz的1024点的运算时间变为64ms，1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过200ms时，屏幕的反应变慢，不适于眼睛的观察,补救办法是减少取样点数，使运算时间降低至200ms以下。-45-1.2总体设计方案比较方案一：FFT法。这种频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再
8、经FFT处理后获得频谱分布图。它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。为获得良好的仪器线性度和高分辨率，ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍。FFT运算时间与取样点数成对数关系，频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时，要选用高速的FFT硬件，或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。可见这种方法的优点是硬件电路简单，主要依靠软件运算，可以提高分辨率。其缺点是频率越高，对ADC和DSP芯片的速度要求越高，相应价格也越昂贵。方案二：分段FFT。这种方法将输入信号
