CN207199165U

CN207199165U - 一种新型射频实验平台

Info

Publication number: CN207199165U
Application number: CN201720700718.0U
Authority: CN
Inventors: 杨艺敏; 刘涛; 赵中华
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology; Institute of Information Technology of GUET
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology; Institute of Information Technology of GUET
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2018-04-06
Anticipated expiration: 2027-06-16

Abstract

本实用新型公开了一种新型射频实验平台，包括电源模块，还包括分别与电源模块连接的检波模块、锁相环模块、AGC模块、基带信号模块、滤波器模块、放大器模块、衰减器模块、混频器模块和主控模块，由电源模块统一供电；该平台采用模块化结构、每个模块可以实现各自的功能，并且可以根据需要可无限制的增加各类模块，无限升级；多个模块通过不同连接方式，可组成多种综合实用系统，且系统指标不低于同类市售产品；在使用实验箱的某一模块时，可采用同类不同型号芯片进行二次开发，与现在有模块参数进行对比，同时又丰富实验平台的资源。

Description

一种新型射频实验平台

技术领域

本实用新型涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种新型射频实验平台。

背景技术

无线通信技术近几年来的快速发展，对射频通信相关人才的培养提出了更高的要求，为了能够适应高校无线通信课程教学的需要，让学生加深对理论知识的学习，有必要开设相应的实验课程。但是目前高校开设的无线通信相关实验课程很多难以跟上技术的发展，而且受到无线通信相关实验设备购买价格昂贵，传统教学观念等的影响，导致相关课程的实验大部分为演示性或者验证性实验，缺少必要的设计性实验，无法培养通信行业快速发展所需要的专业人才。各高校都面临着如何将这些比较前沿的科技引入到无线通信等相关课程，尤其是实验课程中去的挑战。

本射频电路实验平台设计频率在3GHz范围内，考虑到学生实验的使用需要，采用模块化设计，在降低成本的基础上实现简单且性能较好的实验平台。实验平台各模块之间相互独立，由同轴线连接，不仅可以单独使用或设计每一个模块，实现特定的功能，并且各模块组合起来也可以实现通信的系统化。模块和系统的组合体现了基础和系统的结合，既有实用性又有科学性的原则，可以很方便的设计出创新性实验，也可以增加某个模块的设计性实验，以激发学生的学习兴趣。对学生加深通信领域的了解，学习射频参数的测量及系统工程的设计有很大的帮助。对学生研究无线通信技术，收发机技术也有着重大的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功能齐全、模块化方式实现、连接简单的新型射频电路实验平台。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种新型射频电路实验平台，包括电源模块，还包括分别与电源模块连接的检波模块、锁相环模块、AGC模块、基带信号模块、滤波器模块、放大器模块、衰减器模块、混频器模块和主控模块，由电源模块统一供电；滤波器模块、放大器模块、混频器模块、AGC模块和基带信号模块依次连接；放大器模块还与衰减器模块的信号输入端连接，衰减器模块信号输出端与混频器模块连接，混频器模块还与检波模块的信号输入端连接，检波模块的信号输出端与主控模块的信号输入端，主控模块信号输出端与锁相环模块信号输入端连接，主控模块信号输出端还输出射频信号，锁相环模块信号输出端与混频器模块连接，射频信号从滤波器模块的信号输入端输入，最终从基带信号模块输出基带信号，从主控模块输出射频信号。

所述的锁相环模块，包括顺序连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器，还包括分频器；分频器与鉴频鉴相器信号输入端连接，还与压控振荡器的信号输出端连接；锁相环模块采用高集成度锁相环芯片ADF5355实现，该芯片结合外部环路滤波器和外部参考频率使用时，可实现小数N分频或整数N分频锁相环(PLL)频率合成器；ADF5355芯片中的微波宽带VCO设计允许在一个射频(RF)输出实现6.8GHz至13.6GHz的工作频率，其他频率输出通过一系列分频器可实现54 MHz至6,800MHz的工作频率，满足整个平台频率范围的覆盖。

所述主控模块，是基于STM32的主控模块，用于AD采集、数据转换、TFT液晶图形显示及串口通信等功能。

所述的检波模块，为峰值检波器、有效值检波器和均值检波器中的一种。

所述基带信号模块，为数字基带器和模拟基带器中的一种；数字基带器采用FPGA产生ASK，FSK等调制解调信号；模拟基带器采用MB1504产生500MHz范围内的FM调制信号，CXA1691解调FM信号。

所述滤波器模块，为无源LC滤波器、有源程控滤波器和可编程滤波器中的一种；无源LC滤波器采用8阶椭圆滤波器；有源程控滤波器采用MAX262芯片实现Q值及中心频率可调滤波器；可编程滤波器采用HMC1044LP3E芯片，该芯片具有1至3 GHz可编程带宽。

所述AGC模块，包括可变增益放大器（VCA）和反馈模块；AGC模块采用AD8367芯片实现，该芯片具有500 MHz 、45dB线性dB可变增益放大器，片内集成平方律检测器用于AGC操作。

所述放大器模块，包括低噪声放大器、可变增益放大器；低噪声放大器采用TQP3M9008芯片，芯片频率范围50-4000MHz，增益：20.6dB@ 1.9 GHz，噪声系数：1.3dB@1.9GHz；可变增益放大器采用宽电压可变放大器ADL5330，工作频率范围为10 MHz至3 GHz，在60 dB范围内提供精密线性dB增益控制。

所述衰减器模块，包括程控衰减器和固定衰减器中的一种；程控衰减器采用PE4302芯片实现，该芯片具有高线性度，6位数字射频步进衰减器，提供0.5 dB步至31.5 dB的衰减范围，频率范围从DC-到4GHz实现衰减。

所述混频器模块，包括四象限模拟乘法器、高性能低失真混频器、高线性度有源混频器和高线性度Y型混频器中的一种；四象限模拟乘法器采用250MHz模拟乘法器AD835实现，功能表达式为W=XY+Z，可以实现高速乘法、除法、平方运算等功能；高性能低失真混频器采用AD831芯片，该芯片采用双差分模拟乘法器混频电路，具有+ 24dBm 三阶交叉点，且三阶互调失真小，同时有+ 10dBm 的1dB压缩点，线性动态范围大,其本振输入信号仅需要-10dBm；高线性度有源混频器采用ADL5801实现，该芯片利用一个高线性度双平衡有源混频器内核以及集成的本振缓冲放大器来提供10 MHz至6 GHz的高动态范围频率转换；高线性度Y型混频器采用ADL5350芯片，该芯片能提供出色的输入线性度和低噪声系数，而无需高功耗本机振荡器(LO)驱动。

有益效果：本实用新型提供的一种新型射频电路实验平台，采用模块化结构、每个模块可以实现各自的功能，并且可以根据需要可无限制的增加各类模块，无限升级；多个模块通过不同连接方式，可组成多种综合实用系统，且系统指标不低于同类市售产品；在使用实验箱的某一模块时，可采用同类不同型号芯片进行二次开发，与现在有模块参数进行对比，同时又丰富实验平台的资源。

附图说明

图1为一种新型射频电路实验平台结构框图；

图2为锁相环模块结构框图；

图3为射频接收机结构框图；

图4为射频功率计结构框图；

图5为射频频谱仪结构框图；

图中，1.电源模块 2.滤波器模块 3.放大器模块 4.混频器模块 5.AGC模块 6.基带信号模块 7.衰减器模块 8.检波模块 9.主控模块 10.锁相环模块 11.鉴频鉴相器 12.电荷泵 13.环路滤波器 14.压控振荡器 15.分频器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

如图1所示，一种新型射频电路实验平台，包括电源模块1，还包括分别与电源模块1连接的检波模块8、锁相环模块10、AGC模块5、基带信号模块6、滤波器模块2、放大器模块3、衰减器模块7、混频器模块4和主控模块9，由电源模块1统一供电；滤波器模块2、放大器模块3、混频器模块4、AGC模块5和基带信号模块6依次连接；放大器模块3还与衰减器模块7的信号输入端连接，衰减器模块7信号输出端与混频器模块4连接，混频器模块4还与检波模块8的信号输入端连接，检波模块8的信号输出端与主控模块9的信号输入端，主控模块9信号输出端与锁相环模块10信号输入端连接，主控模块9信号输出端还输出射频信号，锁相环模块10信号输出端与混频器模块4连接，射频信号从滤波器模块2的信号输入端输入，最终从基带信号模块6输出基带信号，从主控模块9输出射频信号。

如图2所示，所述的锁相环模块10，包括顺序连接的鉴频鉴相器11、电荷泵12、环路滤波器13和压控振荡器14，还包括分频器15；分频器15与鉴频鉴相器11信号输入端连接，还与压控振荡器14的信号输出端连接；锁相环模块10采用高集成度锁相环芯片ADF5355实现，该芯片结合外部环路滤波器和外部参考频率使用时，可实现小数N分频或整数N分频锁相环(PLL)频率合成器；ADF5355芯片中的微波宽带VCO设计允许在一个射频(RF)输出实现6.8GHz至13.6GHz的工作频率，其他频率输出通过一系列分频器可实现54 MHz至6,800MHz的工作频率，满足整个平台频率范围的覆盖。

所述主控模块9，是基于STM32的主控模块，用于AD采集、数据转换、TFT液晶图形显示及串口通信等功能。

所述的检波模块8，为峰值检波器、有效值检波器和均值检波器中的一种。

所述基带信号模块6，为数字基带器和模拟基带器中的一种；数字基带器采用FPGA产生ASK，FSK等调制解调信号；模拟基带器采用MB1504产生500MHz范围内的FM调制信号，CXA1691解调FM信号。

所述滤波器模块2，为无源LC滤波器、有源程控滤波器和可编程滤波器中的一种；无源LC滤波器采用8阶椭圆滤波器；有源程控滤波器采用MAX262芯片实现Q值及中心频率可调滤波器；可编程滤波器采用HMC1044LP3E芯片，该芯片具有1至3 GHz可编程带宽。

所述AGC模块5，包括可变增益放大器（VCA）和反馈模块；AGC模块采用AD8367芯片实现，该芯片具有500 MHz 、45dB线性dB可变增益放大器，片内集成平方律检测器用于AGC操作。

所述放大器模块3，包括低噪声放大器、可变增益放大器；低噪声放大器采用TQP3M9008芯片，芯片频率范围50-4000MHz，增益：20.6dB@ 1.9 GHz，噪声系数：1.3dB@1.9GHz；可变增益放大器采用宽电压可变放大器ADL5330，工作频率范围为10 MHz至3 GHz，在60 dB范围内提供精密线性dB增益控制。

所述衰减器模块7，包括程控衰减器和固定衰减器中的一种；程控衰减器采用PE4302芯片实现，该芯片具有高线性度，6位数字射频步进衰减器，提供0.5 dB步至31.5 dB的衰减范围，频率范围从DC-到4GHz实现衰减。

所述混频器模块3，包括四象限模拟乘法器、高性能低失真混频器、高线性度有源混频器和高线性度Y型混频器中的一种；四象限模拟乘法器采用250MHz模拟乘法器AD835实现，功能表达式为W=XY+Z，可以实现高速乘法、除法、平方运算等功能；高性能低失真混频器采用AD831芯片，该芯片采用双差分模拟乘法器混频电路，具有+ 24dBm 三阶交叉点，且三阶互调失真小，同时有+ 10dBm 的1dB压缩点，线性动态范围大,其本振输入信号仅需要-10dBm；高线性度有源混频器采用ADL5801实现，该芯片利用一个高线性度双平衡有源混频器内核以及集成的本振缓冲放大器来提供10 MHz至6 GHz的高动态范围频率转换；高线性度Y型混频器采用ADL5350芯片，该芯片能提供出色的输入线性度和低噪声系数，而无需高功耗本机振荡器(LO)驱动。

通过本实用新型的一种新型射频电路实验平台，可以连接部分模块，实现射频接收机、射频功率计和射频频谱仪的功能，具体如下：

如图3所示，射频接收机，包括依次连接的滤波器模块2、放大器模块3、混频器模块4、AGC模块5、基带信号模块6，还包括与混频器模块4连接的锁相环模块10，射频信号从滤波器模块2输入，最后从基带信号模块6输出基带信号。

图4所示，射频功率计，由检波模块8和主控模块9依次连接实现。

图5所示，射频频谱仪，包括依次连接的放大器模块3、衰减器模块7、混频器模块4、检波模块8、主控模块9，还包括锁相环模块10，锁相环模块10分别与混频器模块4、主控模块9连接，信号从放大器模块3输入，最后从主控模块9输出。

工作原理：第一，射频接收机原理，空间88MHz到108MHz的FM调制信号通过LC椭圆滤波器模块（设置滤波器带宽为88MHz到108MHz）、TQP3M9008低噪声放大器后进入AD831混频器模块；设置ADF5355锁相环模块频率为77.3MHz到97.3MHz（中频差频信号为10.7MHz），混频后送入CXA1691模拟解调器，解调出音频信号。

第二，射频功率计原理，空间433MHz对讲机发射信号通过可编程滤波器模块后，然后送入AD8362检波模块得到电压值，最后利用STM32模块中的AD采集、数据转换和TFT显示功能，将实测对讲机发射功率显示在液晶上。

第三，射频频谱仪原理，空间未知射频信号通过PE4302程控衰减、可变增益放大器ADL5330后接入到高线性度有源混频器ADL5801；宽带锁相环模块ADF5355采用快速扫频模式，将宽带扫频信号输入到有源混频器；空间未知射频信号与锁相环扫频信号混频后，接入到中频可编程滤波器HMC1044模块，最终接入到STM32主控模块进行信号分析，并在TFT上显示对应频谱图。

Claims

1.一种新型射频电路实验平台，其特征在于，包括电源模块，还包括分别与电源模块连接的检波模块、锁相环模块、AGC模块、基带信号模块、滤波器模块、放大器模块、衰减器模块、混频器模块和主控模块，由电源模块统一供电；滤波器模块、放大器模块、混频器模块、AGC模块和基带信号模块依次连接；放大器模块还与衰减器模块的信号输入端连接，衰减器模块信号输出端与混频器模块连接，混频器模块还与检波模块的信号输入端连接，检波模块的信号输出端与主控模块的信号输入端，主控模块信号输出端与锁相环模块信号输入端连接，主控模块信号输出端还输出射频信号，锁相环模块信号输出端与混频器模块连接，射频信号从滤波器模块的信号输入端输入，最终从基带信号模块输出基带信号，从主控模块输出射频信号。

2.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述的锁相环模块，包括顺序连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器，还包括分频器；分频器与鉴频鉴相器信号输入端连接，还与压控振荡器的信号输出端连接；锁相环模块采用高集成度锁相环芯片ADF5355实现，该芯片结合外部环路滤波器和外部参考频率使用时，可实现小数N分频或整数N分频锁相环(PLL)频率合成器；ADF5355芯片中的微波宽带VCO设计允许在一个射频(RF)输出实现6.8GHz至13.6GHz的工作频率，其他频率输出通过一系列分频器可实现54 MHz至6,800MHz的工作频率，满足整个平台频率范围的覆盖。

3.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述主控模块，是基于STM32的主控模块，用于AD采集、数据转换、TFT液晶图形显示及串口通信功能。

4.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述的检波模块，为峰值检波器、有效值检波器和均值检波器中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述基带信号模块，为数字基带器和模拟基带器中的一种；数字基带器采用FPGA产生ASK，FSK等调制解调信号；模拟基带器采用MB1504产生500MHz范围内的FM调制信号，CXA1691解调FM信号。

6.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述滤波器模块，为无源LC滤波器、有源程控滤波器和可编程滤波器中的一种；无源LC滤波器采用8阶椭圆滤波器；有源程控滤波器采用MAX262芯片实现Q值及中心频率可调滤波器；可编程滤波器采用HMC1044LP3E芯片，该芯片具有1至3 GHz可编程带宽。

7.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述AGC模块，包括可变增益放大器（VCA）和反馈模块；AGC模块采用AD8367芯片实现，该芯片具有500 MHz 、45dB线性dB可变增益放大器，片内集成平方律检测器用于AGC操作。

8.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述放大器模块，包括低噪声放大器、可变增益放大器；低噪声放大器采用TQP3M9008芯片，芯片频率范围50-4000MHz，增益：20.6dB@ 1.9 GHz，噪声系数：1.3dB@1.9 GHz；可变增益放大器采用宽电压可变放大器ADL5330，工作频率范围为10 MHz至3 GHz，在60 dB范围内提供精密线性dB增益控制。

9.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述衰减器模块，包括程控衰减器和固定衰减器中的一种；程控衰减器采用PE4302芯片实现，该芯片具有高线性度，6位数字射频步进衰减器，提供0.5 dB步至31.5 dB的衰减范围，频率范围从DC-到4GHz实现衰减。

10.根据权利要求1所述的一种新型射频电路实验平台，其特征在于，所述混频器模块，包括四象限模拟乘法器、高性能低失真混频器、高线性度有源混频器和高线性度Y型混频器中的一种；四象限模拟乘法器采用250MHz模拟乘法器AD835实现，功能表达式为W=XY+Z，可以实现高速乘法、除法、平方运算等功能；高性能低失真混频器采用AD831芯片，该芯片采用双差分模拟乘法器混频电路，具有+ 24dBm 三阶交叉点，且三阶互调失真小，同时有+10dBm 的1dB压缩点，线性动态范围大,其本振输入信号仅需要- 10dBm；高线性度有源混频器采用ADL5801实现，该芯片利用一个高线性度双平衡有源混频器内核以及集成的本振缓冲放大器来提供10 MHz至6 GHz的高动态范围频率转换；高线性度Y型混频器采用ADL5350芯片，该芯片能提供出色的输入线性度和低噪声系数，而无需高功耗本机振荡器(LO)驱动。