A无线通信信号分析与测量装置修改论文_精品文档.doc
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无线通信信号分析与测量装置
摘要
根据信号的调制解调的基本原理，设计了一套无线通信信号分析与测量模拟装置，包括一个高频功率放大（发射部分）和一个信号分析及测量装置（接收部分），可以较准确地测量出载波频率和分析出调制信号类型。
本系统信号处理部分采用单片调频接收电路MC13135，其第二中频信号经过455KHz陶瓷滤波器后取出，经放大、整形，实现载波频率测量，经包络检波实现AM、ASK解调；由芯片内部自带电路实现FM和FSK解调。
信号由STM32控制核心经FFT解析可分析出不同调制信号类型。
本系统亦可较准确分析出经功率放大后无线传输的信号。
其各项指标均已达到或优于题目要求。
1、系统方案
本系统是一个能接收、解调、分析、记录和显示无线电信号特征的通信信号分析与测量装置。
有键控预置和自动扫描测量通信信号功能，载波频率范围优于15MHz～35MHz。
系统总体框图如图1所示。
9
图1系统总体框图
2理论分析与计算
2.1 调制信号类型分析
本题目要求的四种信号均属于调幅或调频信号。
其中AM、ASK属于调幅信号，FM、FSK属于调频信号；调幅信号就是用调制信号去控制载波的振幅，调频信号就是用调制信号去控制载波的频率。
而其中AM和FM是模型信号调制，ASK和FSK是数字信号调制。
根据以上各信号的调制特征，便可设计出信号的解调电路。
2.2 解调电路分析
MC13135是单片调频接收电路，其自带天线输入至音频输出的二次变频全部电路，音频输出端口便可作为FM及FSK信号的解调输出口；来自二次变频后的信号，经过包络检波网络，可解调出AM及ASK信号。
包络检波网络电路图如图2所示。
图2包络检波网络
2.2.1二极管的选择
采用2AP9点接触型二极管，工作频率150MHz以上，级间电容小于1pF，导通门限压为0.2~0.3V，因此在二极管正极加一静态正偏压，抵消其门限电压，导通电阻rd约为100Ω。
工作电流与反向击穿电压参数对检波不重要，一般均能满足。
2.2.2负载电阻、计算
检波管后级低频电压放大器总输入电阻（即本级负载电阻）一般为，本系统。
因此，为满足避免底部切割失真条件（为交流负载电阻）,不能选的太大，一般选。
又根据分负载条件式，取（最大值），,这时交流负载电阻
所以
本题目要求调幅度为0.3，满足避免底部切割失真条件。
2.2.3负载电容、的计算
由前述，电容、可由式来估算
本题要求，故，从而求得小于，故取。
这一取值也足以满足避免性失真条件式。
总结上述检波器负载电路的设计思路，既避免了性失真和负峰切割失真，也避免了频率失真和非线性失真，考虑是较为周全的。
3电路与程序设计
A、硬件电路设计
（1）测频电路
图3所示MC13135的9脚输出一个含有解调信号的455KHz频率信号，该信号经SN10502放大输出，进入比较器TLV3501整形输出。
即可送至STM32进行频率测量。
图3中频放大及整形电路
（2）AM/ASK解调电路
来自中频放大的信号弱为AM或ASK信号，便可由图四所示的包络检波及放大电路解调出调制信号。
图4包络检波及放大电路
（3）FM/FSK解调电路
MC13135内部自带FM/FSK解调电路，输出幅度符合测量要求，故不需解调信号进行处理。
（4）系统第一本振电路设计
MC13135第一本振信号采用自制AD9851模块产生，具有非易失性功能。
经软件可设置为自动扫频输出。
（5）发射功率放大模块
系统发射部分功率放大器由前置放大和功率放大组成。
其原理图及参数如图7所示。
图5高频功率放大电路
B、程序设计
上电STM32执行自动扫频，并不断调整MC13135的第一本振，直到检测MC13135的第9脚输出的频率为455KHz停止扫频，进入信号分析阶段。
液晶显示当前载波频率及信号类型。
流程图如图6所示。
图6程序流程图
4测试方案与测试结果
1.1测试方法与仪器
测试仪器：
EE1482型合成信号发生器；SU3080函数信号发生器；TDS3032B数字示波器。
1.2测试方法
1、基本部分指标测量
（1）载波频率测量及准确度参数测试
测试参数
测试条件
发射载波频率
（MHz）
测试载波频率（MHz）
准确度（%）
是否正确解调
备注
无调制信号
15
15.000
100
是
1.AM波调制信号频率0.5～1kHz,调幅度为0.3；FM波调制信号频率0.5～1kHz,实测频偏13kHz；ASK波的码元速率为0.5～1kHz；FSK波的码元速率为0.5～1kHz,两载频差为0.1MHz；接受机灵敏度优于700uV。
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
FSK
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
FM
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
ASK
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
AM
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
（2）供电方式
系统接收机：
单电源5V供电。
2、发挥部分指标测量
（1）高频功率放大测试条件：
输入阻抗50Ω，负载阻抗50Ω，输入测试信号幅度300mV；
数据
测试
频率（MHz）
理论输出幅度
（V）
理论输出功率（mW）
测试输出幅度（V）
测试输出功率
（mW）
实际输出效率
（%）
5
3.11
24.2
3.00
22.5
92.9
10
3.11
24.2
2.82
19.9
82.2
15
3.11
24.2
2.68
18.0
74.3
20
3.11
24.2
2.38
14.2
58.6
25
3.11
24.2
2.26
12.8
52.8
30
3.11
24.2
2.24
12.5
51.9
35
3.11
24.2
1.96
9.6
39.7
备注
题目要求中心频率20MHz，即有效数据范围是15MHz~25MHz；效率优于40%。
蓝色数据是超出题目范围测试数据。
（2）供电方式
功放部分：
双电源±5V供电
（3）无线通信接收机相关参数测试条件：
高频功放中心频率为20MHz，发送距离大于1米，信号产生器输出信号小于300mV。
功能
调
制
类型
测量参数
是否正确解调
发射载波频率
（MHz）
测试载波频率（MHz）
准确度（%）
无调制信号
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
30
30.000
100
不稳定
35
35.000
100
不稳定
FSK
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
30
35.000
100
是
35
35.000
100
是
FM
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是
30
35.000
100
是
35
35.000
100
是
ASK
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
是（调制度100%）
30
30.000
100
是
35
35.000
100
是
AM
15
15.000
100
是
20
20.000
100
是
25
25.000
100
不稳定
30
30.000
100
是
35
35.000
100
是
备注
实测信号产生幅度200mV,天线间距离≥1ｍ;接受机灵敏度优于700uV;在载波频率间隔1M变化前提下，测频精度可达十的负五次方；要求测试范围15MHz—25MHz；蓝色数据是超出题目范围测试数据。
（4）其它
本系统可分析信号载波频率范围大大优于15MHz~35MHz，调制信号的频率范围及波的码元速率均优于题目要求，同时无线通信传输距离可达5m。
3、测试结果分析
本设计测试的工作量很大，但所有测量结果误差基本上都在预期范围之内，主要原因是由于大量使用数字化技术解决模拟方法可能解决的问题，使电路的稳定性、可靠性提高了；元器件选择较先进，误差和功耗要小一些。
由于我们的工程经验不足，系统还有很多改进空间。
参考文献
[1]郭云林，陈松．通信电子电路设计[M]．湖北：
华中科技大学出版社
[2]高吉祥．全国大学生电子设计竞赛培训系列教程：
电子仪器仪表设计[M]．北京：
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[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M]．北京：
北京航天航空大学出版社，2006.
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数字系统与自动控制系统设计[M]．北京：
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高等教育出版社，1999.
[8]黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程[M]．北京：
电子工业出版社，2005.
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清华大学出版社.
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