設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易頻譜分析儀的詳細(xì)論文資料說明

　　本簡(jiǎn)易頻譜分析儀由模擬高中頻部分、顯示處理部分和波形控制部分組成。模擬高中頻部分采用了二次混頻結(jié)構(gòu)，混頻采用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)，第一級(jí)掃頻本振和第二級(jí)點(diǎn)頻本振均采用DDS技術(shù)產(chǎn)生，濾波器采用不同Q值的晶體濾波器，檢波采用經(jīng)典的AM 非相干檢波。示波器的顯示采用FPGA 控制，DDS 的配置和系統(tǒng)的總體控制采用單片機(jī)完成。系統(tǒng)采用了獨(dú)特的一鍵式自動(dòng)測(cè)量，操作簡(jiǎn)單。系統(tǒng)整體指標(biāo)好，頻率分辨力達(dá)到了200Hz，能夠正確識(shí)別調(diào)幅、調(diào)頻和等幅波三種波形及其調(diào)制帶寬。

　　題目給出了簡(jiǎn)易頻譜分析儀的原理參考框圖，如圖1。

　　根據(jù)外差式頻譜分析儀的原理，圖1中方案實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于本機(jī)振蕩器、混頻器、濾波器和檢波器等高中頻部分。各部分方案如下：

　　1）本機(jī)振蕩器方案：圖1 中本機(jī)振蕩器的輸出應(yīng)為線性的掃頻輸出，其輸出的頻率范圍應(yīng)與輸入信號(hào)的測(cè)試范圍一致。產(chǎn)生線性掃頻輸出的方法有兩種：壓控振蕩器法和直接數(shù)字合成法。壓控振蕩器（VCO）法采用線性的鋸齒電壓輸入去控制其輸出的頻率，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是頻率控制的精度較差，在頻率范圍較大時(shí)掃頻的線性性難以保證，從而影響到頻譜分析儀的頻標(biāo)精度；直接數(shù)字合成（DDS）法采用數(shù)字方式直接合成所需的波形，因而其輸出頻率的分辨力和精度高，寬范圍掃頻輸出的線性好，有許多現(xiàn)成的DDS集成電路可供選擇，其缺點(diǎn)是DDS的配置和控制時(shí)序相對(duì)復(fù)雜，需要單片機(jī)或可編程器件進(jìn)行控制。

　　2）混頻器方案：圖1 中的混頻器可以利用二極管的非線性實(shí)現(xiàn)或采用集成的模擬乘法器實(shí)現(xiàn)。采用二極管實(shí)現(xiàn)時(shí)因分立元件較多，因此電路較為復(fù)雜，調(diào)試也相對(duì)困難，而模擬乘法器的電路和調(diào)試都相對(duì)容易。

　　3）濾波器方案：圖1 中的濾波器也是整個(gè)頻譜分析儀實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它決定了頻譜分析儀輸出頻譜的分辨力和形狀。常用的濾波器有LC 濾波器、陶瓷濾波器和晶體濾波器等種類。LC濾波器可以利用計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)出各種類型和特性要求的濾波器，但其設(shè)計(jì)和調(diào)試的過程相對(duì)復(fù)雜，而且其Q值很難做高；陶瓷濾波器有許多現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)商品可供選擇，Q 值較高，但其頻率范圍和工作頻點(diǎn)較少，插入損耗較大；晶體濾波器最大的優(yōu)點(diǎn)是Q值很高，既有標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成商品可供選擇，也可以利用晶體諧振器電路實(shí)現(xiàn)，從而使得其工作頻率的選擇更加靈活。

　　4）檢波器方案：圖1 中的檢波器作用是完成輸出調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)，采用經(jīng)典的AM非相干檢波電路即可。另外，采用高速的數(shù)據(jù)采集和處理器件，還可以直接對(duì)混頻、濾波后的中頻信號(hào)進(jìn)行采樣和濾波、檢波處理，使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試更加靈活、方便，系統(tǒng)達(dá)到的指標(biāo)更好。但是該方法涉及的知識(shí)較深、算法較多、高速信號(hào)采集和處理的電路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)較為困難。

　　5）顯示控制方案：題目要求頻譜分析儀的輸出借助示波器來顯示。示波器的顯示除了需要將解調(diào)后的信號(hào)輸入到其Y軸外，還需要同步產(chǎn)生一個(gè)線性鋸齒電壓給X軸。頻標(biāo)則可以利用Z軸或其他方式實(shí)現(xiàn)。另外，系統(tǒng)還要求能夠自動(dòng)識(shí)別不同的調(diào)制信號(hào)。為此，系統(tǒng)中還需要一個(gè)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，以完成對(duì)示波器顯示的控制和對(duì)信號(hào)的處理和識(shí)別。