一种基于单片机的空间立体电磁干扰仪

作者：时间：2012-03-15来源：网络收藏

2．1 电磁波产生电路
2．1．1 信号源
直接数字频率合成(DDS)是一种新的频率合成技术，它将先进的数字处理理论与方法引入频率合成领域，全数字化结构便于实现程控。采用全数字的频率合成器，频率切换速度快，便于控制，而且易于实现，也能产生线性度高的线性调频信号，实现线性调频信号的输出。通过AD9852芯片实现的可调频率达0～300 MHz。
DDS技术具有广泛的应用，它可实现多点、高相噪的点频和频率步进输出，可用来实现MFSK，QPSK等通信方式，在扩频通信中能实现跳频模式。
目前，QIALCOMM公司的DDS芯片系列有Q2220，Q2230等，内部没有集成D／A；ANALOG公司的DDS芯片有AD9850，AD9851，AD9852等，内部集成了高度D／A，应用更方便。
由于本系统要求产生的信号形式有单频连续波、单频脉冲波、线性调频连续波、线性调频脉冲等波形，以AD9850为基本DDS的结构，不支持线性调频波形的输出，而AD9852能输出高信噪比的点频信号，支持线性调频波形的输出和多种工作模式，支持并行和串行接口操作，数据寄存器和控制寄存器统一编址，控制方便。因此，本项目采用AD9852。
2．1．2 高频小信号的放大
由于高频功放对信号的输入有功率下限要求，故在小信号放大阶段，必须达到一定的输出功率，这里取30 mW。芯片选择TI的THS3112及THS4021电流反馈型高频运放。
2．1．3 高频信号驱动功放
采用带宽为1．8～175 MHz MC7210，该模块对输入功率要求较低，为7 mW，且频率增益曲线较为平坦，在30 MHz时增益为25 dB，假设输出功率为1 W，通过Gp=10log(Po／Pi)的换算，得输入功率仅为3．1mW。对较专业的高频模块来说，MC7210性价比较高。
2．1．4 定向发射天线
对于50～150 MHz的发射系统来说，若采用长直导线，则天线将变得很长，故参考一般收音机的天线设计，将3 m长的油浸导线缠绕在低感磁棒上，依次做3根，将同名端导线串接起来，这样三组构成了一个磁棒天线阵列，定向发射的指向性较好。
2．2 电磁波接收电路
定向接收天线制作参考定向发射天线。
2．2．1 高频小信号的放大及滤波
天线采集到的信号十分微弱且夹杂噪音(由被测件产生)，故要对其进行放大和滤波处理，由于要驱动两路(一路幅度采样，一路频率采样)输出，故应加入一级电压跟随器。
2．2．2 信号的幅度检波
这部分主要对电磁波的峰峰值采样，该值对应于定向接收天线采样到的电磁波的最大值与最小值，由于处于调频范围，故采用“加强型德生PL-600”收音机的检波电路的后级处理模块，使得输出达到±2 V，足够送给A／D采样模块。
2．2．3 信号的频率采集
频率采集使用CPLD测频方法：使输入的信号作为时钟信号，经过内部1／K(K可调)的分频，出来的周期已经十分缓慢，这时再用单片机对其测周期，得出的值将十分接近精确。由于CPLD的时钟一般为方波，故这里要将经过高频小信号的放大及滤波后信号进行施密特变换，然后再送给CPLD。
采用幅度与频率分开测量的好处就是节约了整体成本，若采用DSP加高速A／D采集的方案，成本将翻好几番，且调试难度增大。
2．3 电磁收集箱
电磁收集箱主要对电磁波进行空间屏蔽，使得外部与内部的电磁波隔离。电磁波由发射天线经过被测件传递至接收天线完成电磁波的传递回路。
2．4 控制模块
这里采用MSP430系列单片机F4793芯片作为控制单元，主要给DDS AD9852发送控制字、对电磁波幅度进行A／D采集和频率采集，对人机交互界面及系统电源进行监视。
2．5 电源监视
单片机4793通过A／D采集监视系统各电源。
由于本系统要求的核心技术是产生信号形式为单频连续波、单频脉冲波、线性调频连续波、线性调频脉冲等波形，以AD9850为基本DDS的结构，不支持线性调频波形的输出。因此本系统运用AD9852能输出高信噪比的点频信号，支持线性调频波形的输出和多种工作模式，支持并行和串行接口操作，数据寄存器和控制寄存器统一编址，具有控制方便的特点，实现了上述信号的特征和要求。

3 结论
本设计提供了一种电磁仿真环境，其电路设计先进，集成度高，具有空间立体特征。由于采用了单片机控制，在多波段、多方位、多角度、频率一致性、信号完整性、功率控制等方面具有明显优势。在现代电磁环境越发恶劣的情况下，为电子产品的抗干扰试验，即电磁兼容性设计提供了很好的技术支撑。