频谱分析仪(C)课件.ppt

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1、简易频谱分析仪华中科技大学电工电子科技创新中心一题目分析采用外差原理设计并实现频谱分析仪1、基本要求（1）频率测量范围为10MHz~30MHz；（2）频率分辨力为10kHz，输入信号电压有效值为20mV±5mV，输入阻抗为50Ω；（3）可设置中心频率和扫频宽度；（4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为1MHz的频标。2、发挥部分频率测量范围扩展至1MHz~30MHz；具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能，采用信号发生器输出的调幅、调频和等幅波信号作为外差式频谱分析仪的输入信号，载波可选择在频率测量范围内的任意频率值，调幅波调制度ma=30%，调制

2、信号频率为20kHz；调频波频偏为20kHz，调制信号频率为1kHz；频谱分析仪概述从技术实现来说，目前有两种方法对信号频率进行分析。其一是对信号进行时域采集，将模拟信号数字化后，采用高速处理器对其进行傅里叶变换，将该信号由时域转换至频域，实现频谱分析。这种做法的特点是速度比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。由于采用傅立叶变换，他可以将被测信号中靠得很近的两个频率成分分辨出来。同时，由于时域采集依靠AD采样，这种方案所能分析信号的最高频率受其采样速率的局限，限制了对高频的分析。目前来说，最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz，也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。它是矢

3、量分析。另一方法是靠电路的硬件去实现的，而不是通过数学变换。利用这种技术的仪器称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。我们叫它为扫描调谐分析仪。题目中即要求我们采用外差原理设计并实现频谱分析仪。混频器放大器示波器本机振荡器扫频发生器信号处理电路显示电路输入XY检波器滤波器二方案设计和论证外差式频谱分析仪系统结构框图如下图所示1混频模块：方案一：选用MC3362搭建混频电路。MC3362是MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路方案二：用乘法器和带通窄带滤波器搭建混频器：选用AD835作为乘法器，将本振信号和输入信号相乘得到二者频率的和差信号，达到混频的效果，与较常用的乘法器MC15

4、96相比，其两路输入信号幅值可达到正负一伏，对噪声可形成较强的抑制能力，而MC1596两个输入端允许的最大信号幅值分别为15mV和100mV，信噪比较低。论证：方案一只需一块集成芯片即可实现混频和中频输出，但与方案二相比其外围电路过于复杂，而且其混频输出信号没有AD835干净，对输出噪声的抑制能力也较差。因此选择方案二来完成混频输出。2本机振荡器输入信号频率范围为1MHz～32MHz，故要求本机振荡器的振荡频率要大于该值一个中频。方案一：采用LC正弦波振荡器与变容二极管产生本振频率，通过改变变容二极管两端电压，使振荡电路输出频率发生改变。方案二：采用FPGA实现DDS。将正弦波信号

5、的一个周期的离散样点的幅度数值量存于RAM中，以一定的地址间隔读出，经DA转换器转换输出，再经低通滤波滤除D/A带来的高次谐波，即可获得所需要的波形。方案三：采用专用DDS集成芯片来产生正弦波，如AD9851、AD9858等。方案一为传统的振荡器电路形式，组成电路繁琐而且不易实现频率线性步进，而且要实现29M的频率变化范围难以实现；方案二采用FPGA产生正弦波，通过改变地址步进间隔即可实现不同频率输出，但要以较小失真度产生30M正弦信号，比较困难，且电路复杂。而采用专用DDS集成电路只需少量外围元件就能构成一个完整的信号源，而且控制方便，因此我们选择方案三用AD9851实现本振。论

6、证：三理论分析和参数计算1混频模块(1)中频的选择：混频器的输出信号中除了需要的差额信号外，还存在一些谐波频率和组合频率，如果这些组合频率接近中频并落在中频放大器的通频带内，则会形成干扰。设本振信号频率为fLO，输入信号频率为fS，中频为fi，组合频率为fK，当时会形成干扰。取去除不可能存在的情况，得到:用不同的p，q值带入上式算出相应的值。结合扩展部分，本题要测量的波段范围为1～30MHz，我们选中频＝458.5kHz，则在整个波段内，fs/fi＝2.15～65，满足这一范围的组合频率干扰点很少。(2)前置放大器：由于输出信号电压有效值为15mV~25mV。为降低噪声，在输入端加

7、一个前置放大器，使频谱分析仪系统的噪声系数降低。同时为使系统输入阻抗与信号源输出阻抗匹配，我们在运放的同相输入端接一个50Ω电阻到地，由于运放同相输入端阻抗很大，这样输入信号阻抗几乎为50Ω，达到阻抗匹配。由于后级乘法器选用AD835，在满足一定精度下要求输入信幅度小于1V，因而增益Av<1V/(25mV*1.4)=28.57，取前置放大器增益24。放大器增益带宽积压摆率据此选择MAX4117作为前置放大器，4117为电流型反馈运算放大器，增益带宽积为280MHz,压