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VHF频段阵列天线及接收前端设计

作　者: 吴锋
导　师: 马洪
学　校: 华中科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 雷电探测 VHF频段阵列天线阵列接收前端
分类号: TN820.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本课题主要承担对云闪雷电探测接收前端的研制任务,具体是对阵列天线及八通道VHF频段阵列接收前端的硬件设计实现;所谓阵列接收是将若干个天线阵元按一定排列规则在空间的不同位置放置,组成特定的天线阵列,利用这一阵列对空间信号场进行接收,目的是提取出来波信号的信息特征(参数),同时抑制干扰和噪声或不感兴趣的信息;它主要利用信号的空域特性来增强信号接收强度和高效分析处理信号特征信息;因此,阵列信号接收也常称空域信号接收,较一般信号接收方式相比,其突出特点是具有更高的空间超分辨能力,除此之外还有更高的信号处理能力和很好的抗干扰能力等优点;各接收通道采用超外差接收方式设计,通道初级设计了限幅滤波保护电路,采用两级声表面波滤波、可调中频增益、可变本振信号等措施;对阵列通道进行了通道一致性设计,除了采取通道校准算法定时或根据需要对接收通道进行校准外;硬件设计阶段,在芯片选型、印制电路板布局布线方面都要确保各通道物理特性和电气特性的一致,这也是设计的关键所在;所有可控芯片的配置或切换均由FPGA芯片统一控制,FPGA芯片内部预留资源考虑了今后设备功能扩展的需要,可通过串口、触发总线和ISP等多种手段对系统进行状态查询、功能维护和程序升级,软硬件的结合增强了系统的灵活性和可扩展性。通过实际测试,阵列接收前端各通道中频差分信号能够稳定一致输出,通道间的相位差在校准范围之内,通道幅频特性、噪声系数及增益等各项指标均达到设计要求。利用本阵列接收前端接收的阵列信号送至后级数模转换及数字处理电路计算后已能很好对模拟雷电源进行定位,进一步验证了方案的可行及电路设计的正确。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题研究的目的和意义  8
  1.2 国内外典型雷电定位系统研究概况  8-10
  1.3 测向系统中天线阵的研究应用  10
  1.4 阵列接收前端设计及阵列接收技术综述  10-11
  1.5 本文研究内容与主体结构  11-13
2 阵列天线设计  13-22
  2.1 概述  13
  2.2 天线阵元设计  13-15
  2.3 阵列天线设计  15-20
  2.4 本章小结  20-22
3 VHF 频段阵列接收前端设计  22-31
  3.1 概述  22
  3.2 阵列接收前端设计思路  22-25
  3.3 阵列接收前端详细设计方案  25-26
  3.4 阵列接收前端电性能设计技术指标  26-28
  3.5 阵列接收前端I/O 接口设计  28-29
  3.6 通道增益预算仿真  29-30
  3.7 本章小节  30-31
4 VHF 频段阵列接收前端单元电路设计  31-50
  4.1 概述  31
  4.2 “阵列接收单元”电路设计  31-37
  4.3 “校准本振信号单元”电路设计  37-44
  4.4 FPGA 相关功能电路设计  44-47
  4.5 电源电路设计  47-49
  4.6 本章小结  49-50
5 阵列接收前端性能指标测试及优化  50-68
  5.1 概述  50
  5.2 通道峰值功率测试  50-52
  5.3 通道串扰测试  52-54
  5.4 通道幅频特性测试  54-55
  5.5 通道噪声系数及通道增益测试  55-60
  5.6 “校准本振信号单元”指标测试  60-62
  5.7 阵列接收前端性能指标优化  62-67
  5.8 本章小结  67-68
结束语  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72

VHF频段阵列天线及接收前端设计

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