摘要:传统频谱分析仪分为模拟外差式频谱仪和FFT数字式频谱仪，而外差式频谱仪由于其分析频带宽的特点，在毫米波频段有着独特优势，也使得科学家不断对外差式频谱仪进行研究。本文的主要内容是设计一款基于外差原理的扫描频谱仪，对频率范围10MHz-20MHz待测信号进行频谱测量，并达到1KHz的频率分辨率。基本原理是输入信号与DDS扫描本振信号经混频器下变频至固定中频。然后经中频带隙滤波器、放大、检波送至stm32平台处理，最后在TFT LCD上显示频谱测量结果。

本文首先介绍了频谱仪的研究背景与意义，对比了国内外频谱仪发展现状并给出了频谱仪的技术指标。本文在外差原理的基础上设计了整体硬件框架，该设计硬件电路包括DDS本振、混频器、带隙滤波器、放大、检波及AD采样。接着在硬件基础上进行软件流程的设计，软件主要分为本振频率字控制、按键控制、采样及显示四个部分。接着利用Multisim软件进行仿真验证理论的可行性，进行实物制作、焊接调试，并给出实测结果，验证了本设计满足预设要求。

 

关键词：外差式频谱仪，DDS，带隙滤波器，频率分辨率

 

目录

中文摘要

Abstract

前言-（3）

第1章 绪论-（4）

第1.1节 课题研究背景与意义-（4）

第1.2节 频谱分析仪的发展与现状-（4）

第1.2.1节 频谱分析仪的发展-（5）

第1.2.2节 频谱分析仪国内外研究现状-（5）

第1.3节 stm32简介-（6）

第1.4节 数字频率合成技术简介-（7）

第1.5节 论文章节安排-（8）

第2章 频谱分析仪基本原理-（9）

第2.1节 频谱仪分类-（9）

第2.2节 超外差频谱仪原理-（9）

第2.3节 FFT傅里叶变换频谱仪原理-（10）

第2.4节 频谱仪技术指标-（11）

第2.4.1节 频率分辨率-（11）

第2.4.2节 频率范围-（11）

第2.4.3节 动态范围-（11）

第2.4.4节 灵敏度-（12）

第2.4.5节 最大允许输入电压-（12）

第2.4.6节 扫描速度/扫描时间-（12）

第3章 超外差频谱仪方案分析-（13）

第3.1节 硬件方案-（13）

第3.2节 本振部分（DDS）-（13）

第3.2.1节 DDS原理-（14）

第3.2.2节 AD9851硬件平台-（15）

第3.2.3节 本振DDS扫频范围的确定-（16）

第3.3节 混频部分Mixer-（16）

第3.3.1节 乘法器原理-（17）

第3.3.2节 乘法器选择及电路图-（17）

第3.4节 带隙滤波器部分（BPF）-（18）

第3.4.1节 通用有源滤波器数学原理-（19）

第3.4.2节 带隙滤波器参数设计-（20）

第3.4.3节 带隙滤波器设计原理及电路图-（20）

第3.5节 放大部分-（21）

第3.6节 检波部分-（22）

第3.7节 AD部分-（23）

第4章 频谱仪软件设计-（25）

第4.1节 本振控制部分-（25）

第4.2节 AD采样部分-（26）

第4.3节 按键部分-（27）

第4.4节 显示部分-（28）

第4.5节 整体软件设计流程-（29）

第5章 仿真与测试-（31）

第5.1节 带隙滤波器仿真及测试结果-（31）

第5.2节 外差频谱仪整机测试-（33）

第5.3节 测试结果分析-（36）

第6章 总结与展望-（38）

第6.1节 论文总结-（38）

第6.2节 论文展望-（38）

参考文献-（39）

致谢-（41）

附录-（42）

附录1：系统硬件原理图-（42）

附录2：元器件明细表-（43）

附录3：源程序-（45）

附录4：PCB图-（51）

附录5：系统实物图-（54）