基于A(yíng)RM的微波頻率自動(dòng)測量系統設計

由于微波信號在傳輸過(guò)程中受到外部干擾的噪聲，線(xiàn)路的噪聲，元器件的噪聲等等，因此需要濾波電路來(lái)濾除這些干擾信號。由于處理器對信號的采集速率比較低，所以本系統采用了時(shí)間常數比較大的由R418和C409構成的低通濾波器。其截止頻率為f p =30Hz有利于濾除電路中的尖峰噪聲。電路采用兩級運放，第一級為I/V轉換，第二級為電壓反相放大。調節可變衰減器，電機走完全程，觀(guān)察到檢波電流最大值為50.9μ A,因此電路中RF4=1K,R416=1K,RF5=45K,由Vout1=-RF4*I知，經(jīng)過(guò)第一級I/V轉換之后最大電壓為50.9mV,再經(jīng)過(guò)放大，最終輸出電壓最大為2.291V,滿(mǎn)足S3C44B0的A/D轉換輸入要求。

4.軟件設計

4.1 下位機軟件

系統開(kāi)機復位后，進(jìn)入while(1)死循環(huán)，時(shí)刻檢測上位機是否發(fā)來(lái)測量頻率的命令，當接受到測量頻率命令后，調用測頻率模塊子程序。頻率測量子程序中，電機走完全程需要1854步，每一步帶動(dòng)諧振腔走0.005mm,每一步耗時(shí)44.44ms,電機每走動(dòng)一步，把100次檢波電流的A/D轉換數據求平均值后再通過(guò)串口發(fā)送到上位機顯示。

4.2 上位機軟件設計

在虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW中，可以利用基于VISA的儀器驅動(dòng)模板中的I/O接口函數來(lái)方便快速地開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序。本系統中通過(guò)PC機和主控芯片S3C44BO的RS232串行通信實(shí)現數據采集的驅動(dòng)程序正是使用這種方法。

如圖3-5頻率測量的labview程序圖。首先用最大值與最小值函數求出采集到的電流數據的最小值，并求出其對應的索引值，即步進(jìn)電機在哪一步采集到的電流值，從而把這個(gè)索引值反饋回頻率數組，求出其對應的元素，則為所測頻率。

5.信號源輸出頻率測量實(shí)驗結果及分析

為了在上位機的LabVIEW界面得到所測量的微波信號頻率，需在界面中顯示出檢波電流--頻率曲線(xiàn)，從而可明顯讀出檢波電流的“吸收波谷點(diǎn)”.需通過(guò)定標法先手工測量頻率--距離(當前測量點(diǎn)與起始點(diǎn)的距離，可由套筒刻度算出)的一組盡可能多的數據點(diǎn)，然后利用步進(jìn)電機每走一步的距離，就可以把距離轉化為步數，再用matlab擬合出頻率--步數的關(guān)系函數。從而可知道步進(jìn)電機走到哪一步對應哪一個(gè)頻率。電機走完全程需要1854步，那么把步數對應的1854個(gè)頻率值組成一個(gè)數組作為曲線(xiàn)的橫坐標，并把采集到的1854個(gè)電流值作為縱坐標。

限于本信號源頻率及諧振式頻率計測量范圍的影響，本系統只能在8.48GHz和9.9GHz范圍內測量。因此從套筒的起始位置9.9mm(對應于頻率8 . 4 8 G H z )，截止位置0 . 6 3 m m (對應于頻率9.9GHz)，其全長(cháng)為9.9mm-0.63mm=9.27mm.由于電機帶動(dòng)套筒每步的距離非常小，因此不能直接測量步進(jìn)電機一步的距離，利用步進(jìn)電機沒(méi)有累計誤差的特點(diǎn)，采用步進(jìn)電機走動(dòng)180步，測出套筒刻度前后位置差，得出步進(jìn)電機帶動(dòng)套筒每一步移動(dòng)平均距離為0.005mm.手工測出頻率與刻度的42組數據點(diǎn)，利用MATLAB擬合出圖5-1所示曲線(xiàn)。用MATLAB擬合出頻率f 與刻度L 線(xiàn)性關(guān)系函數為f = ?0.1456* L + 9.9917(0.63mm ≤ L ≤ 9.9mm)。由于電機每步帶動(dòng)套筒移動(dòng)0.005mm,起始位置在0.63mm,即步進(jìn)電機走一步后，套筒的位置在0.63mm+0.005mm=0.635mm,而步進(jìn)電機走完全程需要1854步，套筒的截止位置在0.63+0.005*1854=9.9mm.則刻度L 與步數n 的關(guān)系函數為L(cháng) = 0.005n + 0.63(0 ≤ n ≤1854)。

可推導出頻率f 與步數n的函數關(guān)系式為f = ?0.000728n + 9.9(0 ≤ n ≤1854)。把步數對應的1854個(gè)頻率值組成一個(gè)數組作為曲線(xiàn)的橫坐標，并把采集到的1854個(gè)電流值作為縱坐標，利用PC機在LabVIEW描繪的波形圖如圖5-2所示。

再由LabVIEW自動(dòng)計算檢波電流最小值對應的頻率值，如圖5-4所示?？芍@時(shí)信號源輸出頻率為9.337GHz.

與手工測量做對比。換上可直接測出頻率的諧振式頻率計，測得這時(shí)的頻率為9.357GHz,所以自動(dòng)測量與手動(dòng)測量的相對誤差為：

本系統設定步進(jìn)電機走完全程需要82.4秒，不能設得走太快的原因是防止步進(jìn)電機“丟步”(漏掉了脈沖沒(méi)有運動(dòng)到指定的位置)。另外太快很可能檢測不到檢波電流的“波谷點(diǎn)”.而手工測量一次信號源的輸出頻率，通常要兩分多鐘，可見(jiàn)本系統自動(dòng)測量的實(shí)用性。