无线探测发射机系统的研究与设计

发布时间：2017-07-16 19:21

  本文关键词：无线探测发射机系统的研究与设计

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【摘要】：社会生产力不断进步的今天,煤矿企业的生产效率得以逐步提高,然而开采区周围环境的未知对于煤矿开采工作带来很大的安全隐患。为了提前获知矿区地下分布,本课题设计了一种无线探测发射系统,通过发射射频电磁波,接收机接收回波后进行处理从而获知地下介质的种类及厚度。本文研究的无线探测发射系统,探测原理基于探地雷达反射探测方法,能够实现大功率射频信号的发射。为了实现较深程度的探测,选择100MHz作为整个系统的中心频率,而实现该频率信号的产生与发射则对于发射机各个模块的选择设计提出了相应要求。本系统采用FPGA技术实现频率合成,进入功率放大模块将信号功率放大,再通过矩形微带贴片天线将信号发射出去。信号产生部分使用Quartus II软件进行代码调试并在Modelsim上完成仿真,最终在DE2-115开发板上实现功能,高功放模块利用Cadence软件完成MHW1345线性功率放大器的电路以及PCB的设计,天线部分采用HFSS软件进行建模及仿真。三个模块设计完成后,使用射频头连接并测试,最终实现发射机的整体功能。文章创新点在于通过全数字方式实现信号生成,并且采用相对较低的中心频率,最终实现较深距离的探测。将无线超前探测技术应用于煤矿开采区,能够提高煤矿开采效率,并且减少煤矿事故的发生。
【关键词】：发射机 100MHz FPGA 频率合成 微带天线
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD67
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-11
• 1.1 选题背景和意义7-8
• 1.2 研究现状和发展趋势8-10
• 1.2.1 研究现状8-9
• 1.2.2 发展趋势9-10
• 1.3 本文的主要研究内容10-11
• 1.3.1 论文的主要内容10
• 1.3.2 论文的总体结构10-11
• 2 发射机结构分析及系统方案设计11-17
• 2.1 探地雷达反射探测方法11-12
• 2.2 发射机典型结构分析12
• 2.3 发射机的主要技术指标12-13
• 2.4 中心频率的选择13-15
• 2.5 发射机系统结构设计15
• 2.6 本章小结15-17
• 3 发射机系统硬件电路设计17-38
• 3.1 基于FPGA实现频率合成17-24
• 3.1.1 频率合成器的概述17
• 3.1.2 频率合成器的主要指标17-18
• 3.1.3 频率合成基本方法18-19
• 3.1.4 数字频率合成模块的组成分析19-21
• 3.1.5 开发环境简介21-24
• 3.1.6 基于FPGA的数字频率合成的设计方案24
• 3.2 功率放大器24-29
• 3.2.1 功率放大器的种类25-26
• 3.2.2 功率放大器的性能指标26-27
• 3.2.3 MHW1345功率放大器的电路设计27-29
• 3.3 天线的设计29-37
• 3.3.1 天线的选择29-30
• 3.3.2 矩形微带贴片天线的结构与分析30-35
• 3.3.3 矩形微带贴片天线的设计35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 系统模块仿真分析及整体连接调试38-52
• 4.1 频率合成模块的仿真与分析38-42
• 4.1.1 使用Quartus II创建工程38-39
• 4.1.2 频率合成模块Verilog HDL相关代码39-41
• 4.1.3 频率合成模块仿真波形图41-42
• 4.2 天线仿真及结果分析42-49
• 4.2.1 天线的技术指标42
• 4.2.2 HFSS天线设计流程42-43
• 4.2.3 天线仿真结果与分析43-49
• 4.3 发射机整体系统连接49-51
• 4.3.1 下载配置49-50
• 4.3.2 系统整体连接及调试50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 系统改良52-56
• 5.1 合成多频率信号52-54
• 5.2 本章小结54-56
• 6 总结与展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-61
• 附录 攻读学位期间发表论文、专利及获奖情况61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：550185