本篇文章的零中频正交解调原理和理论计算为作者参考知网论文《基于零中频正交解调频率特性测试仪的设计与实现》

摘  要

本项目采用零中频正交解调原理，设计一个双端口网络频率特性测试仪，正交扫频信号源采用AD9959模块，由STM32F407设置扫频模式DDS输出信号后接AGC模块稳定电压并放大到1V以上，被测网络采用RLC串联谐振电路，用铜线圈缠绕空心电感可有效提高Q值。将被测网络的输出与正交信号分别相乘并通过1HZ低通滤波得到直流分量DC1与DC2，最后拉高直流分量的电平送入STM32F407处理，得到幅频特性与相频特性。

关键词：零中频正交解调；RLC串联谐振；直流分量

图1 系统框图

       将Acos wt与RLC谐振电路的输出相乘并通过1HZ低通滤波得到直流分量DC1，将Asin wt与RLC谐振电路的输出相乘并通过1HZ低通滤波得到直流分量DC2，拉高DC1与DC2的电平并送入单片机处理，根据零中频正交解调原理编写软件得到幅频特性和相频特性。

二、理论分析与计算

1. RLC 串联谐振电路

由公式①、②可知，当r=1Ω时要使Q值提高则L/C必须提高，则L不变，C提高，Q降低，w降低；反之L不变，C降低，Q提高，w提高，故先选择降低w，然后降低C达到同时提高Q与w的效果。

2. 零中频正交解调原理

积化和差公式：

为第一路直流分量，定义为DC1；

为第二路直流分量，定义为DC2；

则幅频特性可表示为：

相频特性可表示为：

三、电路与程序设计

1. 电路设计

（1）正交扫频信号源

为了正交信号相位差误差的绝对值≤5º，采用AD9959模块随着频率的增加给予相位补偿，为了信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%，需在本设计中采用DDS模块后接AGC模块构成正交扫频信号源，保证幅度达到1V，提高幅度平坦度。

（2）被测网络

    为了被测网络通带中心频率为 20MHz误差的绝对值≤5%，采用RLC串联谐振电路，为了有载品质因数为 4误差的绝对值≤5%，需在本设计中先确定L的，再选择合适的C使中心频率小于20MHZ，再不断的减小C，提高W和Q直至达到项目要求，L采用铜线圈缠绕空心电感，手工缠绕后送入电桥检测Q值和电感值，为了有载最大电压增益≥ -1dB，R选择1Ω。

2. 程序设计

1.正交扫频信号源输出参数设置：

结束频率（y）-起始频率（x）/步进（z）*延时（n）=总时长（D）

2.ADC双通道采集直流电压：

ADC_ConvertedValueLocal[0]=(float)ADC_ConvertedValue[0]/4096*(float)3.3;

ADC_ConvertedValueLocal[1]=(float)ADC_ConvertedValue[1]/4096*(float)3.3;

DC1=(ADC_ConvertedValueLocal[0]*1000-1240);

DC2=(ADC_ConvertedValueLocal[1]*1000-1240);

2.幅频特性处理：

DC=sqrt((DC1*DC1)+(DC2*DC2));

DCA=(double)DC/(double)A;（A为输入正交信号的幅度）

AMP=20*log10(DCA);

3.相频特性处理：

Arctan1=-((double)DC2/(double)DC1);

if(DC1>=0&&DC2<=0)

{

Arctan=atan(Arctan1);

}

if(DC1<=0&&DC2<=0)

{

Arctan=atan(Arctan1)+180;

}

if(DC1>=0&&DC2>=0)

{

Arctan=atan(Arctan1);

}

if(DC1<=0&&DC2>=0)

{

Arctan=atan(Arctan1)-180;

}

Arctan2=((double)(Arctan*180)/(double)3.14)（将弧度转化为角度）