3GHz频谱分析仪射频模块的设计与实现

摘要

频谱分析仪是频域测量中用途最广,使用量最大的一类测量仪器。超外差式结构是频谱分析仪设计中采用的主要结构,它决定了频谱分析仪射频模块的整体结构方案,而射频模块是实现频谱仪设计的关键技术之一,它的很多关键性能指标对频谱分析仪的整机性能有着重要影响。
　　本论文主要实现经济型、高性能和结构简单型的频谱仪射频模块的设计。论文首先介绍了频谱仪射频模块设计的国内外现状,分析了射频模块的关键技术指标及其相互关系和影响因素。通过对指标和技术难题分析,设计了实现3GHz频谱分析仪射频模块的三级变频外差式结构,确定了射频模块主要由三大模块组成:射频通道链路模块、本振频率合成源模块和控制电路模块。
　　射频通道链路模块主要包括两级程控衰减模块、低噪声放大模块、三级变频模块(第一级变频采用高中频方案)和滤波器选频模块组成。并对噪声系数、增益进行了分析,用ADS2008中的BUGET工具对整个链路进行了预算仿真,并利用HFSS和IE3D电磁波仿真软件,对射频模块中的关键微带滤波器进行了设计和仿真。本振合成源模块主要实现4.1357GHz~7.1357GHz的扫频源设计和固定频率的二三本振源设计,并结合功率补偿电路和滤波电路实现对本振信号的调理,以达到设计的指标要求。扫频源主要采用PLL芯片加高性能VCO实现,比采用YTO更节约成本和空间。控制模块采用DSP+FPGA的结构,SPI四线数据传输方式,实现对扫频源和其它程控芯片的控制,从而实现整个射频模块的功能。
　　最后论文完成了射频模块硬件电路的设计及调试,并对本振源信号,第三中频输出信号10.7MHz进行了相关指标的测试。结果表明本设计的射频模块方案实现了要求的指标及功能需求。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 频谱分析仪相关发展动态

1.3 主要章节及工作安排

第二章 频谱仪射频模块方案分析

2.1 频谱分析仪的类型及原理

2.2 频谱仪射频模块关键技术指标

2.3 频谱分析仪射频模块方案分析

2.4 本章小结

第三章 频谱仪射频通道链路的设计

3.1 射频链路方案与参数分析

3.2 射频通道链路关键模块电路设计

3.3 射频链路中关键滤波器的设计及仿真

3.4 本章小结

第四章 频率合成本振源的设计

4.1 扫频本振源的指标需求分析

4.2 扫频本振源的设计与实现

4.3 固定频率本振源的设计与实现

3.3GHz带通滤波器

4.4 本章小结

第五章 射频模块的控制设计

5.1 射频系统的控制电路实现

5.2 各功能模块的控制实现

5.3 本章小结

第六章 射频模块的测试及结果分析

6.1 射频模块电路调试

6.2 测试结果及分析

6.3 本章小结

第七章 总结及改进意见

致谢

参考文献