一種定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端設計與實現的中期報告

一種定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端設計與實現的中期報告一、前言本文主要介紹一種定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端的設計與實現過程，并對設計過程中的關鍵問題進行分析和解釋。本文將從硬件設計、軟件設計和測試三個方面進行講解。二、硬件設計1.功能要求本系統(tǒng)要求具備如下功能：（1）能夠產生載波，并且能夠調節(jié)頻率、幅度和相位。（2）能夠將調制信號（包括調制波形和調制參數）實時發(fā)送給射頻前端。（3）具備較好的線性度、調節(jié)范圍和穩(wěn)定性。2.設計思路針對以上要求，我們采用一種基于FPGA（現場可編程門陣列）的射頻發(fā)射前端設計方案。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-數據存儲器。4.電路設計（1）射頻前端電路電路主要由載波產生、頻率調制、電壓控制放大器（VCA）和功率放大器（PA）四部分組成。其中載波產生器由AD9854/DAC芯片產生，通過VCA調節(jié)并驅動PA，實現射頻信號的放大。（2）數字控制電路數字控制電路由FPGA芯片、存儲器和UART通信模塊組成。FPGA芯片主要負責控制載波的頻率、幅度、相位和調節(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制參數，UART通信模塊用于與PC機互通，實時發(fā)送和接收數據。5.PCB設計我們使用AltiumDesigner軟件進行電路原理圖和PCB圖設計。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，應該合理排布射頻模塊和數字控制模塊。（3）為便于調試和維護，應該在PCB上加入控制接口，方便測試人員對電路的檢測和改組。三、軟件設計1.系統(tǒng)架構設計本系統(tǒng)采用分布式控制架構，其中PC端和FPGA芯片分別負責軟件開發(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）用戶界面設計。（2）通信協議開發(fā)。（3）載波波形和調制參數的設置與發(fā)送。（4）FPGA芯片的控制程序。3.程序設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、頻率和幅度調節(jié)和相位校準等功能。四、測試在進行測試前，我們先準備了測試設備和測試環(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備之間的接口設備。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）幅度和相位調節(jié)：測試FPGA芯片對載波幅度和相位的調節(jié)是否靈敏、準確和穩(wěn)定。（3）調制信號的發(fā)送：測試調制信號是否能夠實時發(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，并記錄測試數據。五、總結本文介紹了一種基于FPGA的定位系統(tǒng)射頻發(fā)射前端的設計和實現方法，并詳細闡述了硬件設