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基于LabVIEW平臺的虛擬頻譜分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2011-09-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

0引言
(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種圖形化的編程語言,集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能,還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。利用可以方便地建立各種虛擬儀器。
頻譜分析儀是對無線電信號進(jìn)行測量的必備手段,是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的常用工具,應(yīng)用十分廣泛,被稱為工程師的射頻萬用表。傳統(tǒng)的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的接收機(jī),輸入信號經(jīng)變頻器變頻后由低通濾器輸出。濾波輸出信號作為垂直分量,頻率作為水平分量,在示波器屏幕上繪出坐標(biāo)圖,就是輸入信號的頻譜圖。由于變頻器可以達(dá)到很寬的頻率,例如30Hz-30GHz,與外部混頻器配合,可擴(kuò)展到100GHz以上,所以頻潛分析儀是頻率覆蓋最寬的測量儀器之一,無論測量連續(xù)信號或調(diào)制信號,頻譜分析儀都是很理想的測量工具。但是傳統(tǒng)的頻譜分析儀只能測量頻率的幅度,缺少相位信息,因此屬于標(biāo)量儀器,而且體積龐大。利用強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)功能,可實(shí)現(xiàn)基于快速傅里葉變換(FFT)的現(xiàn)代頻譜分析儀功能,采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對輸入信號取樣,再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜圖,可以解決傳統(tǒng)頻譜分析儀價(jià)格昂貴,攜帶不便等缺點(diǎn)。


1 總體設(shè)計(jì)方案
由數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和在其上運(yùn)行的用LabVIEW開發(fā)的應(yīng)用軟件組成,如圖1所示。

利用數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入和模擬輸出兩個功能,用模擬輸出功能產(chǎn)生所需的激勵信號,并將其加到被測網(wǎng)絡(luò)上,再用兩個模擬輸入通道將激勵信號和網(wǎng)絡(luò)輸出端的響應(yīng)信號同時(shí)采集到計(jì)算機(jī)中,經(jīng)處理后,構(gòu)成幅頻和相頻特性曲線,并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,最后對模擬生成的信號進(jìn)行分析,在計(jì)算機(jī)屏幕上輸出模擬信號的幅頻/相頻特性。


2 虛擬頻譜分析儀組成及功能
2.1 虛擬儀器和頻譜分析儀組成
本文設(shè)計(jì)的虛擬頻譜分析儀由周期性信號發(fā)生器、濾波器以及幅頻/相頻特性、頻譜分析結(jié)果三個子模塊組成。信號發(fā)生器子模塊生成兩路模擬輸入信號,一路是可調(diào)頻率、相位和振幅的正弦信號,另一路是指可調(diào)頻率、相位和振幅的余弦信號,最后利用信號合成器把兩路信號混合起來作為生成的2路模擬信號;頻譜分析和濾波器子模塊利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)字信號處理功能,對這組數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、加窗、FFT運(yùn)算處理,得到信號的實(shí)部譜和虛部譜,最重要的是得到信號的幅頻特性曲線和相頻特性曲線;在頻譜分析的結(jié)果子模塊中,對生成信號的頻譜進(jìn)行分析,并將均方根值、一個周期內(nèi)的信號均值等參數(shù)在系統(tǒng)退出時(shí)保存到文本文件中。其中,在濾波設(shè)置中可以控制濾波的通過方式以及截止頻率,最后顯示出頻譜分析結(jié)果,系統(tǒng)退出時(shí)提示保存當(dāng)前數(shù)據(jù)到文本文件。
虛擬頻譜分析儀前面板分為3部分:周期性信號發(fā)生器、周期性信號濾波器及幅頻/相頻特性和周期性信號頻譜分析結(jié)果,如圖2所示。圖中顯示的是周期性信號發(fā)生器的界面,圖中正弦波和余弦波信號可以通過鼠標(biāo)拖拽和旋轉(zhuǎn)按鈕來改變信號的頻率、振幅及相位。當(dāng)拖拽的時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)下方的"2路原始模擬信號波形"會發(fā)生變化,而且橫坐標(biāo)軸的最大值也會發(fā)生變化。程序內(nèi)部通過調(diào)用后面介紹的"XScaleControl.VI"就可以實(shí)現(xiàn)這個功能;對于"周期性信號濾波器及幅頻/相頻特性"和"周期性信號頻譜分析結(jié)果"這兩個功能模塊界面限于篇幅不再贅述。


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