2013全国电赛E题：高精度正交扫频信号源与简易频率特性测试仪设计

2013年全国电子设计竞赛E题的题目要求参赛者制作一个具备高级功能的正交扫频信号源和频率特性测试仪。这个题目既考察了参赛者的电子设计基础，又涉及到一些高级技术的应用，体现了专业面宽的特性，适合于电子信息、自动化、通信等相关专业的学生。 首先，正交扫频信号源部分是设计的核心。参赛者需构建一个信号源，工作频率范围在1MHz到40MHz之间，且频率稳定度需达到极高的精度，即频率稳定度需小于或等于10^-4。此外，信号源还需具备可设置功能，频率步进值至少为100kHz，同时确保相位差误差和幅度平衡误差控制在5º和5%以内，信号电压峰峰值需达到1V，幅度平坦度不超过5%。这要求设计者熟练掌握正交解调原理，能够生成正交的频率成分，并通过适当的放大、滤波和混频技术来实现。 其次，频率特性测试仪的设计包含了两个主要部分。一是作为被测网络的RLC串联谐振电路，其中心频率为20MHz，有载品质因数为4，最大电压增益需满足-1dB的要求。参赛者需要精确调整电路参数，确保误差在5%以内。二是扫频测量功能，包括点频测量和扫频测量，不仅需要显示中心频率和-3dB带宽，还需要实时绘制出幅频特性曲线和相频特性曲线，这些曲线应包含电压增益、相移以及频率坐标刻度，体现了对信号处理和数字信号计算的运用。 难点主要集中在高频率信号的处理，如何实现两路信号的幅度平衡和相位正交，以及保持信号幅度的平坦性。此外，对信号源的补偿、校准以及扫频结果的准确显示都是挑战。设计过程中可能采用的技术路径包括使用模-数混合电路、CPU或FPGA进行信号处理，以及ADC的采样和转换，以实现系统的整体设计和实现。 作品评价将关注正交扫频信号的实现效果、系统性能指标、人机交互界面的设计以及设计者对整个项目实施过程的经验总结。这道题目不仅测试了学生的理论知识，还考验了他们的实践能力和创新思维，是一次全面锻炼电子设计能力的机会。 在整个设计过程中，参赛者需要深入理解正交信号产生、放大器设计、滤波技术以及数字信号处理的基本原理，同时也要注意实际应用中的误差控制和调试技巧。对于准备参加此类竞赛的学生来说，熟悉这些知识点和技能，以及了解相关的经验警示，是提高比赛成功率的关键。