電子測(cè)量大作業(yè)(北交大11231119)

1、電子測(cè)量大作業(yè)學(xué) 院：電信學(xué)院專 業(yè)：通信工程學(xué) 號(hào)：11231119學(xué) 生：指 導(dǎo) 教 師：朱云DDFS正弦信號(hào)源5-11在Multiism環(huán)境下，參考圖5-3-1，設(shè)計(jì)一種基于DDFS的正弦信號(hào)源，給出原理圖和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。一、DDS的工作原理DDS主要由四部分構(gòu)成：相位累加器（PA）、只讀存儲(chǔ)器（ROM波形表)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)、低通濾波器（LPF），它們?cè)趨⒖紩r(shí)鐘fc的作用下統(tǒng)一工作，如圖1所示。圖1 DDFS基本結(jié)構(gòu)圖二、電路設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)總概此處所設(shè)計(jì)的DDFS電路是基于單片機(jī)的，用兩片74LS238四位全加器和一片74LS374鎖存器構(gòu)成相位累加器，用單片機(jī)的ROM實(shí)現(xiàn)波形的

2、存儲(chǔ)，用VDAC實(shí)現(xiàn)8為數(shù)模轉(zhuǎn)換，用巴特沃斯濾波器實(shí)現(xiàn)低通濾波器。下面是分模塊介紹此電路設(shè)計(jì)。2.相位累加器如圖2所示，用兩片74LS238四位全加器和一片74LS374鎖存器構(gòu)成相位累加器，其中八路連接高低電平的開(kāi)關(guān)形成頻率控制字K，K為8位，兩片74LS238四位全加器并聯(lián)，其中下面一片的進(jìn)位輸出接上一片的進(jìn)位輸入實(shí)現(xiàn)8位累加器，74LS374控制相位的輸出，其時(shí)鐘端接一個(gè)1KHz的方波，作為DDFS中的時(shí)基頻率fc。圖2 相位累加器電路3.波形存儲(chǔ)器如圖3所示，用單片機(jī)里的ROM實(shí)現(xiàn)波形存儲(chǔ)。圖3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)波形存儲(chǔ)8位P1口作為8位波形地址的輸入，8位P3口作為波形數(shù)據(jù)的輸出。關(guān)于單片

3、機(jī)里的波形查找程序，可以用匯編或者C51語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，且都不難，但是由于用匯編語(yǔ)言需要建立一個(gè)正弦信號(hào)一個(gè)周內(nèi)256個(gè)相位點(diǎn)的幅度值數(shù)據(jù)，相當(dāng)麻煩，所以我在此處選用了C51語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)此功能，亦給出匯編程序（除正弦查找表外）。C51程序： #include #include #define dizhi P1 #define shuchu P3 void main() while(1) shuchu=abs(256*sin(2*3.1415926*dizhi/256);匯編程序：ORG 0200HLOOP: MOV R0,P1 MOV DPTR,#TAB MOV A,RO MOVC A,A+DPTR M

4、OV P3,A LJMP LOOP TAB: ;正弦函數(shù)表4.模數(shù)轉(zhuǎn)換部分如圖4所示，用Multisim里的VDAC8為數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，參考電壓Vref=5V。圖4 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路5.低通濾波器如圖5所示，此處采用5階巴特沃斯低通濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的平滑處理?？紤]到信號(hào)輸出中最大頻率為1KHz，濾波器的具體參數(shù)設(shè)置如下所示：通帶截頻f1=1kHz，阻帶截頻f2=1.5kHz，通帶指數(shù)-1dB,阻帶指數(shù)-26dB。圖5 低通濾波器部分三、仿真結(jié)果信號(hào)輸出頻率，此處K為頻率控制字，8位，最大為255，fc為時(shí)基頻率，為1kHz，N等于8.當(dāng)K=1時(shí)仿真結(jié)果，如圖6是低通濾波前的階梯波，圖7

5、是低通濾波后的正弦波，由于Mutisim里仿真波形出來(lái)的很慢所以這里只顯示出不到一個(gè)周期的波形，但可以計(jì)算出輸出頻率為3.8Hz，與理論值3.9Hz很接近。改變前面八個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，即改變K值，可以改變輸出頻率。圖6 濾波前波形圖7 濾波后波形整體電路圖整體電路圖如圖8所示。圖8 整體電路圖五、存在的不足此電路在一定程度上實(shí)現(xiàn)了直接數(shù)字頻率合成正弦信號(hào)，但是當(dāng)輸出頻率較大（即K值選擇的較大）輸出的波形較差，另外這里選用8051單片機(jī)做ROM（4KB），對(duì)存儲(chǔ)8位數(shù)據(jù)還是綽綽有余，但是如果地址位數(shù)增多，便存儲(chǔ)不了。網(wǎng)絡(luò)分析儀7-14查閱網(wǎng)絡(luò)分析儀的技術(shù)資料，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能和基本原理，比較網(wǎng)絡(luò)

6、分析儀和頻譜分析儀的異同點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能網(wǎng)絡(luò)分析儀是測(cè)量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的一種新型儀器，可直接測(cè)量有源或無(wú)源、可逆或不可逆的雙口和單口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)散射參數(shù)，并以掃頻方式給出各散射參數(shù)的幅度、相位頻率特性。自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀能對(duì)測(cè)量結(jié)果逐點(diǎn)進(jìn)行誤差修正，并換算出其他幾十種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如輸入反射系數(shù)、輸出反射系數(shù)、電壓駐波比、阻抗（或?qū)Ъ{）、衰減（或增益）、相移和群延時(shí)等傳輸參數(shù)以及隔離度和定向度等。 網(wǎng)絡(luò)分析儀是在四端口微波反射計(jì)（見(jiàn)駐波與反射測(cè)量）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在60年代中期實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，利用計(jì)算機(jī)按一定誤差模型在每一頻率點(diǎn)上修正由定向耦合器的定向性不完善、失配和竄漏等而引起的誤差，從而使測(cè)量精確度大

7、為提高，可達(dá)到計(jì)量室中最精密的測(cè)量線技術(shù)的測(cè)量精確度，而測(cè)量速度提高數(shù)十倍。網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本原理網(wǎng)絡(luò)有很多種定義，就網(wǎng)絡(luò)分析而言，網(wǎng)絡(luò)指一組內(nèi)部相互關(guān)聯(lián)的電子元器件。網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能之一就是量化兩個(gè)射頻元件間的阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信號(hào)的完整性。每當(dāng)射頻信號(hào)由一個(gè)元件進(jìn)入另一個(gè)時(shí)，總會(huì)有一部分信號(hào)被反射，而另一部分被傳輸，這就好比光源發(fā)出的光射向某種光學(xué)器件，例如透鏡。其中，透鏡就類似于一個(gè)電子網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)透鏡的屬性，一部分光將反射回光源，而另一部分光被傳輸過(guò)去。根據(jù)能量守恒定律，被反射的信號(hào)和傳輸信號(hào)的能量總和等于原信號(hào)或入射信號(hào)的能量。在這個(gè)例子中，由于熱量產(chǎn)生的損耗通常是微不

8、足道的，所以忽略不計(jì)。網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。圖9 網(wǎng)絡(luò)分析儀基本結(jié)構(gòu)我們可以定義參數(shù)反射系數(shù)（G），它是一個(gè)包含幅值和相位的矢量，代表被反射的光占總（入射）光的比例。同樣，定義傳輸系數(shù)（T）代表傳輸?shù)墓庹既肷涔獾氖噶勘?。通過(guò)反射系數(shù)和傳輸系數(shù)，你可以更深入地了解被測(cè)器件（DUT）的性能?；仡櫣獾念惐?，如果DUT是一面鏡子，你會(huì)希望得到高反射系數(shù)。如果DUT是一個(gè)鏡頭，你會(huì)希望得到高傳輸系數(shù)。而太陽(yáng)鏡可能同時(shí)具有反射和透射特性。電子網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量方式與測(cè)量光器件的方式類似。網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)，通常是一個(gè)掃頻信號(hào)。DUT響應(yīng)時(shí)，會(huì)傳輸并且反射入射信號(hào)。傳輸和反射信號(hào)的強(qiáng)度通常隨著入射

9、信號(hào)的頻率發(fā)生變化。DUT對(duì)于入射信號(hào)的響應(yīng)是DUT性能以及系統(tǒng)特性阻抗不連續(xù)性的表征。例如，帶通濾波器的帶外具有很高的反射系數(shù)，帶內(nèi)則具有較高的傳輸系數(shù)。如果DUT 略微偏離特性阻抗則會(huì)造成阻抗失配，產(chǎn)生額外的非期望響應(yīng)信號(hào)。我們的目標(biāo)是建立一個(gè)精確的測(cè)量方法，測(cè)量DUT響應(yīng)，同時(shí)最大限度的減少或消除不確定性。反射系數(shù)（G）和傳輸系數(shù)（T）分別對(duì)應(yīng)入射信號(hào)中反射信號(hào)和傳輸信號(hào)所占的比例?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析基于散射參數(shù)或S-參數(shù)擴(kuò)充了這種思想。S-參數(shù)是一種復(fù)雜的向量，它們代表了兩個(gè)射頻信號(hào)的比值。S-參數(shù)包含幅值和相位，在笛卡爾形式下表現(xiàn)為實(shí)和虛。S-參數(shù)用S坐標(biāo)系表示，X 代表DUT被測(cè)量的輸出

10、端，Y代表入射RF信號(hào)激勵(lì)的DUT輸入端。表征傳輸?shù)腟-參數(shù)，如S21，類似于增益，插入損耗，衰減等其它常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)。表征反射的S-參數(shù)，如S11，對(duì)應(yīng)于電壓駐波比（VSWR），回波損耗，或反射系數(shù)。S-參數(shù)還具有其他優(yōu)點(diǎn)。它們被廣泛認(rèn)可并應(yīng)用于現(xiàn)代射頻測(cè)量。你可以很容易地將S-參數(shù)轉(zhuǎn)換成H、Z或其他參數(shù)。你也可以對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行S-參數(shù)級(jí)聯(lián)，表征復(fù)合系統(tǒng)的RF特性。更重要的是，S參數(shù)用比率表示。因此，你不需要把入射源功率設(shè)置為精確值。DUT的響應(yīng)會(huì)反映出入射信號(hào)的任何微小差別，但通過(guò)比率方式表征傳輸信號(hào)或反射信號(hào)相對(duì)于入射信號(hào)的比率關(guān)系時(shí)，差別就會(huì)被消去。網(wǎng)絡(luò)分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)頻率范圍：是指矢量

11、網(wǎng)絡(luò)分析儀所能產(chǎn)生和分析的載波頻率范圍。頻率分辨力：在有效頻率范圍內(nèi)可得到并可重復(fù)產(chǎn)生的最小頻率增量。頻率準(zhǔn)確度：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率指示值和真實(shí)值的接近程度。功率準(zhǔn)確度：在規(guī)定功率范圍上輸出信號(hào)提供給額定阻抗負(fù)載的實(shí)際功率偏離指示值的誤差。動(dòng)態(tài)范圍：為接收機(jī)噪聲電平與測(cè)試端口最大輸出電平和接收機(jī)最大安全電平之間較小者之差，是表征矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行傳輸測(cè)量能力的重要指標(biāo)。系統(tǒng)幅度跡線噪聲：指矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示器上跡線的幅度穩(wěn)定度，主要取決于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)源和接收機(jī)的穩(wěn)定度。系統(tǒng)相位跡線噪聲：指矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示器上跡線的相位穩(wěn)定度，主要取決于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)源和接收機(jī)的穩(wěn)定度。網(wǎng)絡(luò)分析儀與頻譜分析儀的異同點(diǎn)。區(qū)