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一种定位系统射频发射前端设计与实现的中期报告
一、前言
本文主要介绍一种定位系统射频发射前端的设计与实现过程，并对设计过程中的关键问题进行分析和解释。本文将从硬件设计、软件设计和测试三个方面进行讲解。
二、硬件设计
1.功能要求
本系统要求具备如下功能：
（1）能够产生载波，并且能够调节频率、幅度和相位。
（2）能够将调制信号（包括调制波形和调制参数）实时发送给射频前端。
（3）具备较好的线性度、调节范围和稳定性。
2.设计思路
针对以上要求，我们采用一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的射频发射前端设计方案。FPGA具有可编程性强、集成度高及成本低等优点，可满足系统设计的硬件和软件开发需求。
3.主要器件选型
（1）AD9854/DAC-上位机UART通信模块。
（2）XilinxXC3S200AFG400-4-主控芯片。
（3）QorvoRFPA2046中频放大器芯片。
（4）AlteraEPM240T100C5N-数据存储器。
4.电路设计
（1）射频前端电路
电路主要由载波产生、频率调制、电压控制放大器（VCA）和功率放大器（PA）四部分组成。其中载波产生器由AD9854/DAC芯片产生，通过VCA调节并驱动PA，实现射频信号的放大。
（2）数字控制电路
数字控制电路由FPGA芯片、存储器和UART通信模块组成。FPGA芯片主要负责控制载波的频率、幅度、相位和调节辅助电路的工作状态，存储器主要用于存储载波波形和调制参数，UART通信模块用于与PC机互通，实时发送和接收数据。
5.PCB设计
我们使用AltiumDesigner软件进行电路原理图和PCB图设计。其中要注意以下几点：
（1）PCB布线要合理，严格遵守阻抗匹配原则。
（2）为避免干扰和噪声的影响，应该合理排布射频模块和数字控制模块。
（3）为便于调试和维护，应该在PCB上加入控制接口，方便测试人员对电路的检测和改组。
三、软件设计
1.系统架构设计
本系统采用分布式控制架构，其中PC端和FPGA芯片分别负责软件开发和硬件控制。
2.系统功能分解
系统主要需包括以下功能：
（1）用户界面设计。
（2）通信协议开发。
（3）载波波形和调制参数的设置与发送。
（4）FPGA芯片的控制程序。
3.程序设计
程序主要分为软件开发和FPGA控制程序两部分：
（1）软件开发：使用VisualStudio2019开发图形用户界面，使用C++语言进行编程。
（2）FPGA控制程序：使用HDL语言编写FPGA控制程序，完成载波波形生成、频率和幅度调节和相位校准等功能。
四、测试
在进行测试前，我们先准备了测试设备和测试环境，包括：
（1）频率计/功率计：用于测量射频载波的频率和功率。
（2）示波器：用于观测载波波形和调制信号。
（3）信号源：用于提供稳定的模拟信号。
（4）测试盒：射频电路板和测试设备之间的接口设备。
在测试中，我们主要测试了以下几个方面：
（1）载波波形和频率：测试射频载波的波形和频率是否符合要求。
（2）幅度和相位调节：测试FPGA芯片对载波幅度和相位的调节是否灵敏、准确和稳定。
（3）调制信号的发送：测试调制信号是否能够实时发送给FPGA芯片，并传递至射频前端。
（4）线性度和稳定性：测试系统在频率、相位和电源等变化下的线性度和稳定性，并记录测试数据。
五、总结
本文介绍了一种基于FPGA的定位系统射频发射前端的设计和实现方法，并详细阐述了硬件设计、软件设计和测试等方面的内容。本系统具备良好的线性度、稳定性和调节范围，并能够实时发送调制信号，为定位系统提供了一个更加完善的射频发射解决方案。