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摘要:传统频谱分析仪分为模拟外差式频谱仪和FFT数字式频谱仪,而外差式频谱仪由于其分析频带宽的特点,在毫米波频段有着独特优势,也使得科学家不断对外差式频谱仪进行研究。本文的主要内容是设计一款基于外差原理的扫描频谱仪,对频率范围10MHz-20MHz待测信号进行频谱测量,并达到1KHz的频率分辨率。基本原理是输入信号与DDS扫描本振信号经混频器下变频至固定中频。然后经中频带隙滤波器、放大、检波送至stm32平台处理,最后在TFT LCD上显示频谱测量结果。 本文首先介绍了频谱仪的研究背景与意义,对比了国内外频谱仪发展现状并给出了频谱仪的技术指标。本文在外差原理的基础上设计了整体硬件框架,该设计硬件电路包括DDS本振、混频器、带隙滤波器、放大、检波及AD采样。接着在硬件基础上进行软件流程的设计,软件主要分为本振频率字控制、按键控制、采样及显示四个部分。接着利用Multisim软件进行仿真验证理论的可行性,进行实物制作、焊接调试,并给出实测结果,验证了本设计满足预设要求。
关键词:外差式频谱仪,DDS,带隙滤波器,频率分辨率
目录 中文摘要 Abstract 前言-(3) 第1章 绪论-(4) 第1.1节 课题研究背景与意义-(4) 第1.2节 频谱分析仪的发展与现状-(4) 第1.2.1节 频谱分析仪的发展-(5) 第1.2.2节 频谱分析仪国内外研究现状-(5) 第1.3节 stm32简介-(6) 第1.4节 数字频率合成技术简介-(7) 第1.5节 论文章节安排-(8) 第2章 频谱分析仪基本原理-(9) 第2.1节 频谱仪分类-(9) 第2.2节 超外差频谱仪原理-(9) 第2.3节 FFT傅里叶变换频谱仪原理-(10) 第2.4节 频谱仪技术指标-(11) 第2.4.1节 频率分辨率-(11) 第2.4.2节 频率范围-(11) 第2.4.3节 动态范围-(11) 第2.4.4节 灵敏度-(12) 第2.4.5节 最大允许输入电压-(12) 第2.4.6节 扫描速度/扫描时间-(12) 第3章 超外差频谱仪方案分析-(13) 第3.1节 硬件方案-(13) 第3.2节 本振部分(DDS)-(13) 第3.2.1节 DDS原理-(14) 第3.2.2节 AD9851硬件平台-(15) 第3.2.3节 本振DDS扫频范围的确定-(16) 第3.3节 混频部分Mixer-(16) 第3.3.1节 乘法器原理-(17) 第3.3.2节 乘法器选择及电路图-(17) 第3.4节 带隙滤波器部分(BPF)-(18) 第3.4.1节 通用有源滤波器数学原理-(19) 第3.4.2节 带隙滤波器参数设计-(20) 第3.4.3节 带隙滤波器设计原理及电路图-(20) 第3.5节 放大部分-(21) 第3.6节 检波部分-(22) 第3.7节 AD部分-(23) 第4章 频谱仪软件设计-(25) 第4.1节 本振控制部分-(25) 第4.2节 AD采样部分-(26) 第4.3节 按键部分-(27) 第4.4节 显示部分-(28) 第4.5节 整体软件设计流程-(29) 第5章 仿真与测试-(31) 第5.1节 带隙滤波器仿真及测试结果-(31) 第5.2节 外差频谱仪整机测试-(33) 第5.3节 测试结果分析-(36) 第6章 总结与展望-(38) 第6.1节 论文总结-(38) 第6.2节 论文展望-(38) 参考文献-(39) 致谢-(41) 附录-(42) 附录1:系统硬件原理图-(42) 附录2:元器件明细表-(43) 附录3:源程序-(45) 附录4:PCB图-(51) 附录5:系统实物图-(54) |