【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：林志文

2. 单位或学校名称（选填项）： 

3. 当前职务或职称（选填项）：电子工程师

4. 参赛作品的名字（必填项）：3GHz频谱分析仪射频采集模块

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：

    频谱分析仪是频谱测量中用途最广，使用量最大的测量仪器，有着“射频万用表”之称。 超外差式是频谱分析仪广泛采用的结构，它决定了频谱分析仪的整体结构，是频谱分析仪的关键。

本作品主要实现 经济型 高性能 便携频谱仪，该作品主要由六大模块组成：

1. 射频链路，由衰减器，LNA，三级混频（高中频）和 微带滤波器 组成。

2. 本振模块，主要由 宽带集成VCO的PLL组成。

3. 中频处理，由 中频滤波器，数控放大器 ，ADC ，检波器  组成。

4. 扫频模块，有扫频发生器，数控放大器，功率检测器组成。

5. 处理模块，由高性能的M7核单片机完成 整机控制，外部通信， 信号处理 。

6. 人机交互，主要由7寸显示屏，按键，旋转编码器组成。

技术指标参考普源DSA832，国睿安泰信GA4063 和 鼎阳 SSA3032， 成本控制在 1500元左右@20套。

初步指标达到：

1. 测试频率范围：9kHz~3GHz

2. 频率分辨率：1Hz

3. 动态范围：-110dBm~+25dBm

4. 前置放大器：20dB

5. 输入衰减：0~51.5dB，0.5dB步进

6. 噪声系数：<30dB

7. 带宽：RBW: 1Hz~1MHz

             VBW: 1Hz~1MHz

8. 相位噪声： < 105dBc @10kHz  f=2G

9. 幅度精度：<  ±0.5 dB

10. 杂散抑制水平：<60dBc

11. 基准频率：50.000000MHz

      温度稳定度：<1ppm

      频率老化：  <1ppm，<3ppm，1年

体积大约为24cm x 18cm x 2cm，重量在1kg左右，供电为6V@2A。

本作品旨在无线电学习和交流，并为广大电子爱好者提供设计参考和借鉴。

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：STM8S003F3P6，EPM240T100CN5，HMC284，XC6206P332，CDCLVC1106

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：SIM-153MH+，ADE-2+，HMC213，LMX2594，LMX2582，LMH6517，AD9235等。

8. 拟用到的EDA工具软件名称（必填项）：PADS，STVD，QUARTUS II，ADS2011，IE3D，CST，HFSS，AutoCAD，ProE等。

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

一、作品简介

例如，可以包括但不局限于以下内容：

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片；

2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景；

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？

 频谱分析仪是无线通信系统测试中使用量最大的仪表之一。随着通信系统的快速发展|，对射频和微波频段的信号测量的需求逐渐增加，频谱分析仪的市场需求不断加大，研究高性能兼顾低成本的频谱分析仪具有广阔的市场及应用前景。  

 近几十年年微波集成电路发展快速，各大厂商推出了众多物美价廉的集成 PLL 芯片， VCO 芯片、放大器，滤波器组件等，使射频模块的设计更加小型化、模块化、标准化方向发展。所以如何应用好现有的技术资源来实现现代测量仪器对射频模块的高指标要求是我们研究的重点。

 目前高端市场的频谱分析仪大部分让国外公司垄断，如 Agilent、 R&S 等国外公司，尤其是在宽带高性能的谱仪研制方面， 对于频率测量范围高到 60GHz 的频谱分析仪的价格十分昂贵。而低端的便携式、经济型频谱分析仪，价格虽然在逐年下降，但最常用的3G频谱仪，还是在万元以上，国内厂商受限于集成电路技术，价格也是不菲，让众多的电子爱好者和学生，即使有心学习射频微波相关知识，却没有足够的资金租赁购买设备，不能不说这是一个很大的遗憾。

 不过时代一直在进步，数字示波器就是一个很好的例子，如今的100M带宽的示波器价格已经非常亲民，频谱分析仪也不会例外。21世纪前，频谱分析仪基本采用纯超外差结构，体积庞大而昂贵。在进入21世纪后，频谱分析仪开始采用数字中频技术，频谱分析仪进入数字化设计时代，超外差+FFT是现代频谱仪的基本结构，集成度很高体积大幅减小，价格也逐年下降。

 本作品就是基于超外差+FFT的结构，引文使用了最新的高性能集成芯片，理论性能，电路简单，体积小，性价比非常高。

有点遗憾的是，考虑到作品成本，没有使用腔体滤波器，而SAW滤波器工艺所限频率做不得到很高（不大于2.5GHz），本作品不得不使用微带滤波器，性能差过腔体滤波器不少。不过随着5G技术的发展，代替SAW的BAW滤波器很容易做到2.5GHz以上，到那时设计将会更加简单，价格也更加便宜。

------------------------------------------更新与2018年7月8日------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 第二版主要增加了信号处理和人机交互模块。

       之所以要要加入这两个模块，主要是设计过程中，反正当前的设计和当初的设计初衷不符合。

当初的设计初衷有以下几点：

 1. 价格，必须低于2000元，这是底线，否则还不如买二手仪器。
        2. 参数，必须达到同类厂家产品的80%，否则不足以作为测量工具。
        3. 功能，必须和同类厂家接近，否则不方便使用。
        4. 教学，必须做到不会RF的可以入门，入门的可以改进，懂行的可以作为教学案例来分析其设计优劣。

            开机即用，操作简明，参数较好，基本功能齐全，丰富的教学案例，面向专业和业余的电子爱好者，没有接触过RF或者刚入门RF的学生，有心学习RF却缺乏足够资金的工程师  以及 缺乏教学工具的老师 ，这才是本作品的意义。

        由于增加了信号处理和人机交互模块，而且空间有限，所以必须采用单芯片的SOC方案，通常有以下几种：
        1. MCU+DSP的新一代cortex-M7
        2. ARM+DSP以TI为代表的达芬奇系列，
        3. ARM+FPGA以xilinx为代表的ZYNQ系列
        4. X86+FPGA。。intel还没出
        5. X86+GPU。。绝对放不下。
        以上综合考虑，方案4和5当前无法实现，方案3接触过但是开发复杂，方案2可行性最大但本人不太懂linux，所以最终选方案1，以NXP的RT1052和ST的STM32H7系列为代表，最后因为熟悉ST系列，选择    STM32H743或者STM32F767

        同时还增加了以下硬件：
        1. 用于缓存液晶屏显示的SDRAM。
        2. 用于缓存高速ADC的异步FIFO。
        3. 用于解调AM/FM的检波功能。
        4. 用于扫频测试的高频信号源和功率检测器，并且是可独立的工作的。
        5. 用于声音播放的声卡和喇叭
        6. 用于远程和数据采集的网卡。
        7. 用于存储大数据的外部flash。

         在第一版的调试过程是，驱动是调通了，第二版的调试估计是7月底，基本功能我还是赶上比赛的，但是完整功能。。。绝对不可能

 外壳是必须的，没有金属屏蔽性能很差。

 PCB和原理图将在比赛尾声放出，因为好多参数现在还不确定。

 比赛结束不等于本项目结束，本作品是开源项目，我将会在另外一个区发帖连载此作品的设计思路，欢迎各位拍砖。

 最后说一句，RF器件真的好贵啊！

------------------------------------------更新与2018年7月8日------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------更新与2018年8月17日------------------------------------------------------------------------------

果然，还是赶不上。。。唉！ 半桶水的软件。。。~~o(>_<)o ~~

然后视频演示。。。我这个半成品都不知道如何视频演示▄█?█●。。只能晒些图片，证明我不是在忽悠。￣□￣｜｜

先是本次设计最重要的一部分，微带滤波器！

1.     巴特沃斯+椭圆滤波低通级联，右图是我自己简陋的扫频仪的测试图，网络分析仪测试的等我朋友帮我测再上图

      

2.     交叉耦合带通+蝶形低通级联。

     

3.     发夹带通+蝶形低通级联。

      

 

4.     平行耦合带通+蝶形低通级联，这个频率太高，我的设备测不了▄█?█●。。还在拜托朋友中。

    

然后是三次变频！

图是1G的射频信号进来，经过三个混频器变频  下降到  10.7M的频率

计算公式是，F_in ：未知输入信号

                         F_IF1：第一中频，4135.7MHz                F_LO1：第一本地振荡，5135.7MHz                 

F_IF2： 第二中频， 835.7MHz                     F_LO2：第二本地振荡，3300MHz

                         F_IF3：第三中频，10.7MHz                     F_LO3：第三本地振荡， 825MHz

   F_{in  =}   F_LO1  - （F_LO1 +F_LO2+ F_IF3），      F_{IF1 =} （F _IF3 +F_LO2+ F_LO3）

公式得到， 输入信号和本地振荡的频率是线性关系，也是F_IF3的频率和F_in是线性关系。

所以当示波器设置为带宽限制模式 20M，输入频率设置为1G时，如果射频链路正常，示波器可以观察到10.7M的 F_IF3信号。

              

然后我将这个信号，输入 解 调对数放大器，得到 幅度，借用安富莱示波器demo移植，在7寸液晶上显示出幅度信号，这样，输入信号的幅度/频率都能够被确认。

  

以上都是工作在点频模式，下图是扫频模式，扫频模式下，第一本地振荡信号的频率不停变化，当本地振荡信号的频率和输入频率刚好成立公式F_{in  =}   F_LO1  - （F_LO1 +F_LO2+ F_IF3）时，F_IF3输出幅度最大。

黄色线表示扫频信号，低电平表示   F_LO1：第一本地振荡信号的频率从F₁ 线性上升到F₂，高电平反向，从F₂线性下降到F₁，

蓝色线表示F_IF3输出幅度的输出幅度，在黄色线的特定位置，即F_LO1的特定频率点，幅度最大。

至此，频谱仪的射频链路，本地振荡电路，中频滤波，放大和检波电路基本功能先测试了下！我的钱总算没白花O(∩_∩)O哈哈~

然后我就掉软件的坑里了。。。

PS:   后来，我发现老外有一个UHSDR的开源平台，非常适合频谱仪的人机交互，看来完成基本软件功能有望！

------------------------------------------更新与2018年8月17日------------------------------------------------------------------------------

二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式，描述您的作品的组成构架，即方案图。

 主机框图 

 

面板框图

    

三、硬件

部分的描述

1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件（官方建议大家尽量用源文件上传），如果是图片，请确保图片是清晰可辨的；

。。。没调完的图纸拿去上传，出错会被打的￣□￣｜｜

   

  

 

  

 

2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。

 超外差三次变频将射频信号转为中频信号，然后模拟中频+数字中频混合处理，并将其频谱显示出来。

3.注明所用到的EDA工具软件名称并附上设计链接。

原理图和PCB设计软件： PADS9.5

2D设计： AutoCAD

3D设计： ProE

仿真：ADS2011，IE3D，HFSS，Filter Solutions 2009， Si9000，Multisim 14.0

锁相环设计：TIPLLatinumSim  和TICS Pro

软件开发环境：MDK

PS: 设计链接是什么意思？

四、材料清单（BOM列表)

列出您这个作品所用到的主要器件（关键器件即可），比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。

如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的，最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。

还是有不少改进空间。

   

  

  

  

  

  

  

  

  

五、软件部分的描述（选填）

如果您的作品涉及到软件，请列出作品对应的软件工作流程图，及关键部分的例程、源码（如果您想开源的话请上传全部源码）。

六、作品演示

请上传您的作品的功能演示到腾讯视频，并编辑到本楼（或附上视频链接）。按要求上传视频可获得10分，具体详见活动规则。

七、总结

例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划，及对我们主办方的建议和意见等。

     2017年年底的时候，有了想学习的射频的想法，先学习相关理论。到了2018年初，感觉光理论太难懂，得练手，然后买了两台二手故障老古董频谱仪，对着官方的图纸和使用手册，打算边学边修，折腾一番，大开眼界，多番排查，终于发现故障点！但是配件暂时买不到，忧伤。。。

后来偶然间逛EEVBLOG，看到老外拆解某厂频谱仪，分析的非常专业，那个现代式的全数字中频频谱仪，对比我手里的老古董，简化了不知多少倍，大量的MMIC（单片微波集成电路）使得设计简化了很多，然后我就萌生了“我也试试看”的念头。

说干就干，寻找相关资料，思考产品定位，架构规划，重新选型器件，性价比权衡，开始学习仿真软件怎么搭建链路模型，怎么设计微带电路，如饥似渴的学习，就像打开了新世界一样刺激！

设计之初，没想那么多，先是尝试把频谱仪的架构拆分，通过购买独立的模块，组合成一个简易的频谱仪。

然后就买了别人的模块，试用感觉。。。坑。

我就开始反思，我做个这频谱仪，为什么要做？能不能做出来？做出来有什么用？

为什么要做？因为不懂手是很难理解射频理论的，超外差频谱仪涉及到了很多射频理论，是非常好的学习素材。

能不能做出来？不论是老古董，还是全数字中频频谱仪，制作工艺都是普通的，设计架构资料也很多，芯片也不难购买，实现功能是肯定没问题的。

做出来有什么用？可以当仪器使用，也可以当学习使用，也可以DIY扩展各种应用，实用和教学兼备。

想明白了这三点，恍然大悟，自己搞个原型，就当交“学费”！

整个设计过程中，作为射频的小白，碰到的技术问题，真是数不胜数啊。。。首先是微带滤波器的仿真，花了超多时间，同轴转微带还没搞定，软件的使用不熟练。还有就是仪器的缺乏，频谱仪还可以自己买，网分真是没法子要靠好哥们帮忙。

这个作品，第一次练手，很多不足之处，特别是把射频部分和中频部分放一起，为了调试方便结果还是不方便真是xxx的！如果是真正的产品，射频部分和中频处理肯定是要分离，然后面板和中频处理可以合并为一块PCB，射频单独一块PCB，然后两块叠层，这样可以大幅减少体积并且有效避免相互干扰。

后来在调试过程中还发现了一些电路bug，选型bug以及性价比更好的器件，感觉6G以下的器件真是便宜很多了，估计是wifi就到5.8G的影响吧。

还有就是PCB使用了罗杰斯的高频RO4003C板材，成本很高，主要是为了保证微带滤波器的设计。如果使用普通FR4板材，介电常数Dk和插损随频率很温度不规律变化是个大麻烦。目前想到的一个解决方向是，插损问题使用AGC增益控制，保证混频器的本振功率， 用电路和芯片的复杂性换来廉价的电路成本。Dk问题尽量使用窄带滤波 ，并且恒温控制。不过这样一来设计复杂度太高，可行性不高，还是降低射频电路面积是降低成本比较可行的方法。

对本次主办方的意见和建议，嗯，希望主办方和学校学生的联系更紧密些，这个想法是因为我读大学的表弟 ，他们协助老师制作一些小项目，但是他们不了解立创这个平台，在岗顶、x宝黑店和一些黑心代理那里吃了不少的亏，我就想像我表弟那样的学生群体也是不少，如果立创平台能够将制作节延伸到更多的学校（比如全广东省^_^），让更多学生群体了解到立创平台，吃亏的人会减少不少，这些学生毕业后很大部分会继续从事电子行业，自然对立创平台选择倾向更高，长远看来是双赢的结果，说实话，x宝这个平台，真不太合适电子样品物料的采购。

以上就是相关总结了，关于这个作品的技术分析，我将更换到 技术交流 专区，抛砖引玉，欢迎大家交流！

最后感谢立创提供了这个平台，感谢楼下所有朋友的支持！

PS:楼下那位 订了板子的叫“无线电定位”朋友，我加你微信了，验证是“起名好困难”。

做3G频谱分析、音频功放的都是真正的高手，什么嵌入式、电源工程师都是一般站。膜拜楼主！！！！