一種定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端設(shè)計與實現(xiàn)的中期報告

一種定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端設(shè)計與實現(xiàn)的中期報告一、前言本文主要介紹一種定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端的設(shè)計與實現(xiàn)過程，并對設(shè)計過程中的關(guān)鍵問題進行分析和解釋。本文將從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和測試三個方面進行講解。二、硬件設(shè)計1.功能要求本系統(tǒng)要求具備如下功能：（1）能夠產(chǎn)生載波，并且能夠調(diào)節(jié)頻率、幅度和相位。（2）能夠?qū)⒄{(diào)制信號（包括調(diào)制波形和調(diào)制參數(shù)）實時發(fā)送給射頻前端。（3）具備較好的線性度、調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定性。2.設(shè)計思路針對以上要求，我們采用一種基于FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）的射頻發(fā)射前端設(shè)計方案。FPGA具有可編程性強、集成度高及成本低等優(yōu)點，可滿足系統(tǒng)設(shè)計的硬件和軟件開發(fā)需求。3.主要器件選型（1）AD9854/DAC-上位機UART通信模塊。（2）XilinxXC3S200AFG400-4-主控芯片。（3）QorvoRFPA2046中頻放大器芯片。（4）AlteraEPM240T100C5N-數(shù)據(jù)存儲器。4.電路設(shè)計（1）射頻前端電路電路主要由載波產(chǎn)生、頻率調(diào)制、電壓控制放大器（VCA）和功率放大器（PA）四部分組成。其中載波產(chǎn)生器由AD9854/DAC芯片產(chǎn)生，通過VCA調(diào)節(jié)并驅(qū)動PA，實現(xiàn)射頻信號的放大。（2）數(shù)字控制電路數(shù)字控制電路由FPGA芯片、存儲器和UART通信模塊組成。FPGA芯片主要負責(zé)控制載波的頻率、幅度、相位和調(diào)節(jié)輔助電路的工作狀態(tài)，存儲器主要用于存儲載波波形和調(diào)制參數(shù)，UART通信模塊用于與PC機互通，實時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。5.PCB設(shè)計我們使用AltiumDesigner軟件進行電路原理圖和PCB圖設(shè)計。其中要注意以下幾點：（1）PCB布線要合理，嚴格遵守阻抗匹配原則。（2）為避免干擾和噪聲的影響，應(yīng)該合理排布射頻模塊和數(shù)字控制模塊。（3）為便于調(diào)試和維護，應(yīng)該在PCB上加入控制接口，方便測試人員對電路的檢測和改組。三、軟件設(shè)計1.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計本系統(tǒng)采用分布式控制架構(gòu)，其中PC端和FPGA芯片分別負責(zé)軟件開發(fā)和硬件控制。2.系統(tǒng)功能分解系統(tǒng)主要需包括以下功能：（1）用戶界面設(shè)計。（2）通信協(xié)議開發(fā)。（3）載波波形和調(diào)制參數(shù)的設(shè)置與發(fā)送。（4）FPGA芯片的控制程序。3.程序設(shè)計程序主要分為軟件開發(fā)和FPGA控制程序兩部分：（1）軟件開發(fā)：使用VisualStudio2019開發(fā)圖形用戶界面，使用C++語言進行編程。（2）FPGA控制程序：使用HDL語言編寫FPGA控制程序，完成載波波形生成、頻率和幅度調(diào)節(jié)和相位校準(zhǔn)等功能。四、測試在進行測試前，我們先準(zhǔn)備了測試設(shè)備和測試環(huán)境，包括：（1）頻率計/功率計：用于測量射頻載波的頻率和功率。（2）示波器：用于觀測載波波形和調(diào)制信號。（3）信號源：用于提供穩(wěn)定的模擬信號。（4）測試盒：射頻電路板和測試設(shè)備之間的接口設(shè)備。在測試中，我們主要測試了以下幾個方面：（1）載波波形和頻率：測試射頻載波的波形和頻率是否符合要求。（2）幅度和相位調(diào)節(jié)：測試FPGA芯片對載波幅度和相位的調(diào)節(jié)是否靈敏、準(zhǔn)確和穩(wěn)定。（3）調(diào)制信號的發(fā)送：測試調(diào)制信號是否能夠?qū)崟r發(fā)送給FPGA芯片，并傳遞至射頻前端。（4）線性度和穩(wěn)定性：測試系統(tǒng)在頻率、相位和電源等變化下的線性度和穩(wěn)定性，并記錄測試數(shù)據(jù)。五、總結(jié)本文介紹了一種基于FPGA的定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端的設(shè)計和實現(xiàn)方法，并詳細闡述了硬件設(shè)