近场天线测试接收机硬件设计与实现

摘要

随着雷达技术的快速发展，现代雷达设备的规模越来越大，功能也越来越复杂。现代战争中使用的相控阵雷达，要求天线测试的结果迅速而准确，同时，还要求测试设备具有一定的灵活性。所以本文设计了一种近场天线测试接收机，它基于参考通道与测量通道的工作模式，通过接收定位机的触发信号，控制本振源和激励源的输出频率和功率等参数，激励输出至被测天线，辐射到测试接收天线，经高效率的多通道数据采集方式测量信号的幅相信息，具有灵活、快速、准确的优点，满足现代近场天线测试接收机的要求。
　　设计的近场天线测试接收机采用了基于FMC总线的数据采集模块与数字处理载板的组合结构。数据采集模块采用模块化的设计思想，主要包括采样调理电路、时钟电路和 AD转换电路，功能是完成天线测试需要的数据采集功能。文中通过设计2种FMC采集模块完成2/4通道的采集功能，增加了系统的灵活性和通用性。两通道数据采集模块主要完成大动态范围、高精度信号的采集功能，四通道数据采集模块可以完成四通道，最高1.5GSPS的数据采集功能。通过设计不同的数据采集模块，拓展了系统的采样能力。
　　数据处理载板是以 FPGA为核心的数字处理电路，根据测试需求，在载板上设计了采样数据的高速接收及下变频处理功能；为了满足测试接收机对大容量数据存储的要求，设计了板载 DDR3内存条的数据缓存电路；为了便于用户观察和对有用信号的捕获，设计了三种触发模式，可将触发后的信号缓存到 DDR3内存条中再送到上位机；设计了故障状态检测与显示的功能，增加了系统对错误的检查和保护的功能；在数据处理载板与上位机连接方案中，介绍了PCIE接口的逻辑设计和实现方法。
　　本文通过对天线测试接收机各个功能模块和整机性能的测试，验证了本文方案设计的正确性。设计的近场天线测试接收机测量的天线信号的幅度比误差在0.2dB范围内，相位差误差在2°范围内，符合预期设计要求。

目录

2.1.3 测试接收机中频电路设计

3.4.2 电源设计

声明

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 系统硬件平台方案设计

2.1 近场天线测试系统整机方案分析

2.1.1 整机方案设计

2.2 FMC数据采集模块方案设计

2.3 数据触发存储方案设计

2.4 数据接口方案设计

2.5 本章小结

第三章 近场天线测试接收机硬件设计

3.1 FMC数据采集模块设计

3.1.1 FMC接口设计

3.1.2 采样调理电路设计

3.1.3 ADC转换电路设计

3.1.4 采样时钟电路设计

3.1.5 采样模块识别电路设计

3.2 数据处理载板芯片选型与逻辑资源分配

3.2.1 载板FPGA芯片选型分析

3.2.2 FPGA逻辑资源分配

3.3 控制及状态检测电路设计

3.3.1 本振源和激励源接口设计

3.3.2 定位机接口设计

3.3.3 测试接收机故障状态检测与显示

3.4 硬件系统的电源设计

3.5 本章小结

第四章 数据接收、触发存储和传输设计

4.1 高速数据接收和滤波设计

4.1.1 ChipSync技术

4.1.2 高速数据接收设计

4.1.3 数字下变频和滤波设计

4.2 数据触发与存储设计

4.2.1 触发模块设计

4.2.2 触发模式验证

4.2.3 数据缓存板级电路设计

4.2.4 数据缓存逻辑设计

4.3 PCIE的PIO数据传输模式设计

4.3.1 PCIE接口电路设计

4.3.2 PCIE配置空间

4.3.3 PCIE IP使用介绍

4.3.4 数据传输逻辑设计

4.4 本章小结

第五章 近场天线测试接收机测试结果及分析

5.1 硬件测试平台介绍

5.2 电源性能测试

5.3 FMC数据采集板卡性能测试

5.3.1 固定增益放大电路测试

5.3.2 抗混叠滤波器性能测试

5.3.3程控增益放大电路测试

5.3.4通道一致性测试

5.3.5 动态范围测试

5.3.6 时钟芯片测试

5.4 PCIE数据传输测试

5.5 硬件平台的测试结果

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献