基于FPGA的2.4GHz频段射频矢量信号源的设计与实现

摘要

矢量信号源是一种产生标准参考信号的仪器，其输出信号的频率、功率以及调制方式等参数可以根据使用场合灵活设定，具有极高的频率准确度和可靠度，在无线电数字通信系统接收设备的研发和测试中具有十分重要的作用。本文根据实际项目要求，探讨了射频矢量信号源的研究和设计。
　　本文根据实际项目指标需求，设计并实现了一种射频矢量信号源。在本课题中减小I/Q不平衡对信号源性能的影响，以及信号源射频前端电路板的设计是本课题的设计难点。本文根据所设计信号源的实际情况，基于频谱仪开环测试的方法，经过计算得出I/Q幅度和相位不平衡的参数，在生成数字基带信号时，将不平衡的参数预设在FPGA中，在数字域实现I/Q不平衡的校正。本文根据实际项目需求确定了所采用的射频矢量信号源的系统结构，在该系统结构的基础上，根据信号源整体的性能指标要求，将具体指标分配到组成信号源系统的各个模块中，来满足整体性能的要求。选取满足性能指标的芯片进行信号源各个模块的电路原理图设计，其中着重介绍了数模转换器模块、正交调制器模块、射频开关模块、数控功率衰减器模块以及功率放大器模块的电路原理图的设计。在完成各模块电路设计之后，将信号源整体的电路原理图利用Advanced Design System2009仿真软件进行仿真验证，并且根据射频PCB板布局布线规则制作了信号源整体的硬件电路。测试结果表明，本文设计的信号源工作频率范围为2.400GHz～2.490GHz;在百分之一的误差范围内，频率分辨率可以达到1kHz;在整个工作频率范围内，射频输出功率范围为-90～+20dBm;在百分之十的误差范围内，功率步进可以达到1.0dB;当采用OQPSK基带信号，输出功率0dBm时，EVM＜7％;在整个工作频率范围内，二次谐波抑制大于40dBc。
　　本文设计的信号源在性能上很好的满足了系统指标需求，可以作为一个通用平台，通过FPGA内部程序的更新来实现其他复杂信号，在无线通信领域具有一定的工程实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文的研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容和设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文的章节安排

第二章 射频矢量信号源的常见结构及组成模块

2．1 射频矢量信号源射频前端常见结构

2．1．1 直接变频结构

2．1．2 两步变频结构

2．1．3 带有两个本振的直接变频结构

2．2 射频矢量信号源的组成模块

2．2．1 数模转换器模块

2．2．2 正交调制器模块

2．2．3 射频开关模块

2．2．4 高频数控功率衰减器模块

2．2．5 高频功率放大器模块

2．3 小结

第三章 I／Q不平衡问题对信号源性能影响及校正方法

3．1 I／Q不平衡问题产生的原因分析

3．2 I／Q不平衡问题对系统性能的影响

3．3 基于FPGA的I／Q不平衡数字域校正方法

3．4 小结

第四章 2．4GHz频段射频矢量信号源的系统设计

4．1 2．4GHz频段射频矢量信号源采用的结构

4．2 系统指标分配

4．3 各模块芯片选择及原理图设计

4．3．1 数模转换器模块芯片选择及原理图设计

4．3．2 正交调制器模块芯片选择及原理图设计

4．3．3 射频开关模块芯片选择及原理图设计

4．3．4 数控功率衰减器模块芯片选择及原理图设计

4．3．5 功率放大器模块芯片选择及原理图设计

4．4 系统框图

4．5 设计性能仿真

4．6 信号源射频前端PCB的设计

4．7 小结

第五章 2．4GHz频段射频矢量信号源的测试验证

5．1 测试平台的搭建

5．2 相关性能指标测试

5．2．1 工作频率范围和输出功率范围测试

5．2．2 频率分辨率测试

5．2．3 功率步进测试

5．2．4 EVM测试

5．2．5 二次谐波抑制测试

5．3 小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文