新坑:基于AD9361的手持监测侦察接收机
上次测量了AD9361的抗阻塞性能(https://www.kechuang.org/t/82167),原本听各路大神说坑多,除非加上复杂的预选器否则根本没法用,但实测结果推翻了各路“大神”的说法。

从测试来看,性能虽然不算太好,但也算是可以的。除非高档监测接收机,普通接收机如果不开衰减,基本无法抵抗0dBm量级的阻塞信号,比如无线电爱好者常用的几款手持接收机也就能扛-10dBm水平。我测过罗德施瓦茨上一代高档监测接收机,在既不开前放,也不开衰减的前提下,阻塞电平通常在10dBm数量级(似乎这些设备在混频器前都有一级不能旁路的放大)。但这样的抗阻塞性能下,整机噪声系数在20-25dB左右。而9361在-2dBm阻塞电平时的噪声系数可能还比这个好(有待实测)。

所以我和小伙伴们产生了一个想法:能不能用9361之类芯片做一款手持接收机?由于9361是模拟零中频数字化方案,可能镜像稍大,但作为接收机来说足够了。

功耗方面,假设数字信号处理电路(FPGA等)耗电3W,9361耗电1.5W,其它杂七杂八耗电1.5W,功耗能控制到6W以内。对于现代的锂电池而言,如果采用901那样的两并两串,即可工作6小时以上,实际上如果控制好算法复杂度,9361也只开基本的功能,整机功耗有控制到4W的希望,这样就能干10小时,已经相当实用了。

由于9361有较大的出货量,目前人民币价格在350元左右。如果嫌贵,还可以用9363,不到200元。如果对接收的处理带宽要求不高,一百来元的FPGA就应该能胜任,不过解调要想做灵活,还是要借助CPU。从核心器件的成本来看,总的硬件成本应该不算离谱,最终的产品,大家应该都玩得起。

通过软件的工作,这台监测侦察接收机应该能够实现所有模拟模式,和所有能找到解码方法的数字通话(比如所有公开销售的数字对讲机)的监测解调。根据处理带宽的不同,还能提供一定宽度的FFT频谱显示。想起来就觉得好玩。

希望大家交流一下想法,看看这坑要怎么挖。

[修改于 3 年前 - 2018-06-28 10:50:25]

来自:电子与无线电 / 无线电通信
 
8
xbwpc
3年9个月前
1楼
对于监测接收机,2t2r有点多余吧,上9364/9365更经济。
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虎哥作者
3年9个月前
2楼
引用 xbwpc:
对于监测接收机,2t2r有点多余吧,上9364/9365更经济。
是的,到时候询下价。我有另一个想法:做个双口接收机,然后可以得到干涉仪,接两根天线就能测向。
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bg4tfw
3年9个月前
3楼
AD9361的价格350确实不错呀,我之前看digikey都是一千多。
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
4楼
经过小伙伴们一个星期奋斗,完成了接收机的基本系统方案。然后,第一步,就是做结构设计了。
1.png
下个星期应该能做完信号预算,开始画原理图。
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ry7740kptv
3年8个月前 修改于 3年8个月前
5楼
基带处理用7015内的A9核?Linux?
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liccil
3年8个月前
6楼
带个千兆网口应该很爽
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
7楼
由于9361没有找到模型,用9371来计算试试(注意,9371的射频特性相比9361有重大变化,通俗而言可以认为9371是直接怼混频器,没有LNA,所以噪声大得多,但截点高得多,给前级设计留下了更大的发挥空间)。在要求阻塞电平为0dBm时(假设比信号通路中最低的1dB压缩点再低6dB),整机噪声系数为33dB。
1.png
当要求尽量高的灵敏度时,必须采用LNA,否则噪声几乎不会低于20dB。如果采用20dB左右的LNA,放置在预选器之后,则可以把在噪声控制在 6dB,如果不考虑输入电路的3dB插损,则为4dB。但阻塞电平在-30dBm以下。
2.png
其余指标赶不上精心设计的超外差16位机,不过做监测侦察是够了。
使用9361的话,经手工计算,本坑不需要外加LNA。
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ry7740kptv
3年8个月前
8楼
刚查了下9371的价格2000+RMB?ADI的实在是太贵了。。。不知道RDA等国内厂商为何不推点集成化RF收发器芯片。。。
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xbwpc
3年8个月前
9楼
引用 ry7740kptv:
刚查了下9371的价格2000+RMB?ADI的实在是太贵了。。。不知道RDA等国内厂商为何不推点集成化RF收发器芯片。。。
RDA靠低价天量的片子生存的,没有ADI的实力和口碑,做高价低量的集成收发器岂不是药丸?
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owlcjy
3年8个月前
10楼
跟大神学习一下,现在还在用模拟鉴频芯片。。、
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bg5oh
3年8个月前
11楼
@虎哥 这个链路计算的是什么软件啊?
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wzh19940105
3年8个月前
12楼
同问计算软件名称
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虎哥作者
3年8个月前
13楼
ADI官方提供的,可以去ADI网站下载,有一个系列,这个叫ADIsim-RF
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
14楼
续更。
这个星期完成了框图,原理图也已经初见规模。这个框图需要冥思苦想,不过说透了其实挺简单的,主要是起一个理清思路的作用。当然原理图还是相当相当麻烦。
如下图,端口进来后先经过电子衰减器,然后经开关分4路。其中三路是接收(9361一个通道刚好三组接收,可以不用再合成一路了)。这三路分三段频率,经过滤波器预选。低频段经过混频器提升到中频,解决9361无法工作到低频的问题。
混频器的本振,就直接用9361的发射输出了,可省一组振荡器。
最后,9361的发射还空闲一路,不用白不用,也接到电子开关上。必要的时候,这个机器可以做信号源使用,如果嫌功率不够,外部放大即可。
1.png
9361的数据接到FPGA中,选用ZYNQ的7020,价格便宜量又足,当然比消费级的芯片还是贵。数据打算用USB3.0输出,7020如果有处理不了的复杂任务,可以把IQ传给PC来处理。
经过这样设计,可以说是压榨了9361的绝大部分资源,灵活性也不错,堪称完美😅
哦,忘了,框图中没有人机界面。现在考虑还是做个显示器和键盘,毕竟手持仪器还是要能独立工作,总不能抱着笔记本或者手机来用,人只有两只手嘛。
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tangler
3年8个月前 修改于 3年8个月前
15楼
wow,厉害。求报名入手!另外,020外挂一个DDR3吧。可以直接用内部的A9跑系统,作缓冲。省掉外部STM32,编程也可以简化。
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ry7740kptv
3年8个月前
16楼
引用 rgwan:
wow,厉害。求报名入手!另外,020外挂一个DDR3吧。可以直接用内部的A9跑系统,作缓冲。省掉外部STM32,编程也可以简化。
终于见到万致远同学发言了66666
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虎哥作者
3年8个月前
17楼
@rgwan 初夜,哦不,初帖献给我了哈哈😅
目前是考虑用片内A9跑系统,但是还是需要外置一些STM32(不止一片),主要是管理电源、开关机逻辑和模拟电路控制等方面。不知道7Z020有没有靠谱的方案来省掉这些协处理器,现在要求关机后维持电流小于100μA,并且能在不启动系统的情况下管理和指示充电等基础业务。另外就是,这么多东西一张PCB肯定放不下(除非做成大饼形状),从工业美术考虑,机器应该尽量小而薄——但电池要尽量大,散热要尽量好。于是就需要几张PCB来完成这个作品。这些PCB之间,需要靠数据总线来通信,于是每张PCB上放一片小CPU就是比较灵活的办法。
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tangler
3年8个月前 修改于 3年8个月前
18楼
这样啊。电源可以考虑用专业的PMU,便宜量足,而且性能不错,自带库伦计。比如说AXP20X(AXP209)/AXP22X。管理模拟电路和其他控制可以用ZYNQ的空余IO实现~
这样可以降低成本,缩小面积,减小开发时间~
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gongke1979
3年8个月前
19楼
对于无线电监测来说,一般都是分为三种模式工作的,在RS的无线电监测设备中为了达到较好的效果,采用了电调滤波器处理,主要问题就是你虽然剩余相应在这个设计中比较少,但是若是测试相关信号杂散的话会有问题,你现在测试结果较好的原因是因为你整机噪声系数较大,噪声基底被太高了,你接上天线之后,其实影响最大的是低频段,低频段信号环境复杂,且大功率信号较多,所以这时需要兼顾动态和低噪两方面的要求,用AD9361来做的这个频谱监测设备应该来说是属于监测设备的低失真模式,前级的开关和衰减器选型也需要注意,建议增加一个低噪放在前级,但一般放大器做到这么宽而且平坦的不多,建议可以分为两段,一般短波段可以在此接收机中不做考虑,前端的衰减器和开关建议换一下,从开关器件的型号来说其动态特性不好,特别是低频段的二阶和三阶特性不高
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
20楼
@gongke1979 谢谢建议。

关于电子开关的低频性能下降,通常是在1MHz左右才开始发生。例如图中开关的参数:
1.png
这些器件的影响相对于放大器来说,几乎可以忽略不计。
9361本身有高增益前放,这是和9371不同的地方,它实际更接近于“低噪声模式”。您可能看成了9371的参数。
实际上最缺的就是你说的跟踪预选器,在低频段这需要很大体积,RS的接收机没有一个体积小的,EB200里面有一整张板子是预选器,体积硕大。PR100里面有半张预选器,体积硕大。从整体指标均衡发展来说,这个作品分4段预选是比较合适的。
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tangler
3年8个月前
21楼
@虎哥 需要PMU资料吗?还有电池是不是选18650?
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虎哥作者
3年8个月前
22楼
引用 rgwan:
@ 虎哥 需要PMU资料吗?还有电池是不是选18650?
有支持两串的型号吗,电池是18650,根据功耗预算和持续时间(6h)计,最少需要两并两串。
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tangler
3年8个月前
23楼
@虎哥 两串的你可能就需要用单片机自己搭了。因为这类PMU几乎都是为USB充电的移动设备设计的,几乎都是单节的。不过单节好在不必配对,不需要平衡充。而且USB充电也方便。

话说,系统电源需要哪几组?我可以尝试设计单节电池产生这些电源的电路。
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ry7740kptv
3年8个月前
24楼
18650两串后电压范围6~8.4V,分立线性充电电路还是比较简单的,放电可以直接MP1470A等buck convertor转换,管理逻辑应该也比较简单,占用SoC的一两个引脚就可以了。至于多路电源输出,可以考虑RN5T566A这类PMIC,IO控制,无需I2C驱动。
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虎哥作者
3年8个月前
25楼
@rgwan 目前设计大纲订的方案,内部电源输出电池电压、5V、3.3V,2.5V,1.5V,1.35V,1.2V,-5V。
使用两串主要考虑内部不需设计随时工作的升压电路,有利于控制干扰。电池电压直通是为射频功率放大器预留的。
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tangler
3年8个月前
26楼
@ry7740kptv @虎哥 了解了。既然这样的话,将电源电压提高,模拟电源由LDO提供确实是好方法。那PMU这一块还是使用单片机搭建吧。只是,我个人不大希望板子上有大量的其他单片机存在,这样调试麻烦,灵活度略受限。求考虑尽量使用ZYNQ本身或者PM单片机GPIO的做法吧。
不过串联锂电重点其实是平衡管理,这一点比较恼火。不过,如果18650本身一致性好的话,也不必平衡管理。至于充电电路我个人是建议由BUCK电路加单片机控制完成(12V/9V输入),线性充电在快充的时候简直会热死,CV/CC BUCK芯片我记得航天民芯有,容我找找。

另外一点就是库伦计。说到底还是电流积分+电压校正。电流测量这个场合,要么用ZXCT1010之类的片子高边采要不用R2R运放加采样电阻低边采。算法我也有现成的啦。

另外的,为了降低干扰起见,充电或者给数字电源的buck芯片工作频率有啥要求吗?
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tangler
3年8个月前
27楼
@虎哥 另外-5V是什么用途的呢,有什么特殊需求?
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
28楼
引用 rgwan:
@ 虎哥 另外-5V是什么用途的呢,有什么特殊需求?
射频芯片有需要负电源的。某些射频功能,用正电源的选型,性能就比负电源的差。该电源只需要很小电流,采用电荷泵就可以了。
关于库伦计,目前没有考虑,因为似乎并不需要给出精确的容量和续航时间,一直习惯直接显示电压,更客观。不过我觉得如果面向普通用户还是有必要装上库伦计。
关于降压电路,考虑主降压还是要使用开关电源,手持设备电源很珍贵,需提高效率。对电源纹波要求高的部分采用LDO再次过滤。开关频率要低一些,最好是可调的以便规避敏感频率,来自电源地的扰动要仔细的处理。
充电管理使用4002,因为用习惯了。不过这东西贵,功能少,早晚会换掉。
多CPU确实会在诸如软件维护,远程升级等方面造成诸多麻烦。
还有一个事想提醒一下各位,这类专业作品如果面向长期供应,零部件选型应尽量选大厂,非快消类产品。因为可能要连续生产五年以上,基准类的生产20年都算短的,到时候还买得到不就是个问题了。当然你可以说到时候改呀——但前十年积累的可靠性数据就失效了,没特别理由最好别改,要么就彻底升级。34401的故事大家听说过吧,到了最后几乎什么零件都得定制,产品做到停不下来也是经典。
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tangler
3年8个月前 修改于 3年8个月前
29楼
@虎哥 既然这样的话,那我想作为测量工具的话,多十块钱PMU的成本也不多。稳定最重要。我开始打算推荐TPS65090,然后发现这玩意远没AXP系列的PMU智能。啥都要主机管理。DA9021又不好买。虽然这些PM面积小一些,但是还是需要一些附加逻辑。另外库伦计的问题,已经有个MCU了,加一个运放就可以了。也不花什么钱。甚至充电可以用SD45230之类的普通DCDC芯片,然后软件做一些具体控制,甚至可以直接用软件实现数字电源控制。毕竟我们已经有电流采样和电压采样了。

另外,有没有考虑加入一个音频CODEC?比如AIC23之类的,方便直接收听各类广播信号和CW。也可以直接发射音频信号。以及有没有考虑板载emmc与外挂sd卡扩展?板载的希望容量大概4~8G。方便录制信号本地存储什么的。
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
30楼
@rgwan 现在二级电源芯片选型是ADP5052。电流只有一处采样,用于充电限流,以便在必要时可以用比较小的电流充电。
音频是比较复杂的,需要编解码器,数字功放等。作为接收机(及可能扩展为发射机)音频必须比普通频谱仪处理得完善。
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
31楼
买了一个9363的开发板,然后发现没用,退货了。
1.jpg
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3.png
该板没有任何预选器,无屏蔽措施,实际测试来看,假信号很多,即使什么都不输入也有一堆。USRP的B210也没有屏蔽和预选,都没有这么多假信号。
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radio
3年8个月前
32楼
引用 虎哥:
买了一个9363的开发板,然后发现没用,退货了。
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该板没有任何预选器,无屏蔽措施,实际测试来看,假信号很多,即使什么都不输入也有一堆。USRP的B210也没有屏蔽和预选,都没有这么多假信号。
这个是pluto sdr?性能这么差么...
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虎哥作者
3年8个月前
33楼
引用 radio:
这个是pluto sdr?性能这么差么...
两个东西用的软件不一样,芯片的设置和数据的处理也有不同,不好下结论。理论上两个芯片差别不大。但是FPGA的特性不同,PCB布局不同,电源方案不同,有可能带来不同的底噪效果。当时忘了给谱图截图,现在这机器退回去了,没法深究了。
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
34楼
差不多折腾了一个多星期,同学们把原理图搞出来了。基本上是按照datasheet应用,名符其实的万国芯片展览馆,哎。
2.png
1.png
未来两周画PCB。
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KANGYD
3年8个月前
35楼
完蛋了,一上来,先看看有进展没😍
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永恒之桔
3年8个月前
36楼
哇,进展好快,期待😀
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hzoldman
3年8个月前
37楼
”手持接收机”,期待中😍😍
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虎哥作者
3年8个月前
38楼
最近同学们在制作射频板PCB,目前元件已经摆放好了,估计下周有希望发给厂里。
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板子细长,结构设计参见4楼,整机大概有两个板子这么宽,另一半空间用来放电池。
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RodTech
3年8个月前
39楼
引用 虎哥:
最近同学们在制作射频板PCB,目前元件已经摆放好了,估计下周有希望发给厂里。
1.png
板子细长,结构设计参见4楼,整机大概有两个板子这么宽,另一半空间用来放电池。
配一个宽带平板天线的保护盖 😂
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zby0860
3年8个月前
40楼
期待早日见到虎哥成品
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虎哥作者
3年8个月前 修改于 3年8个月前
41楼
昨天@warmonkey 对USRP的发射谐波发表了吐槽,我大惊。今天赶快实测一下。

让USRP在6GHz发射,看不到12、18、24GHz的谐波
1.jpg
让USRP在3GHz发射,可以看到6、9、12GHz的谐波
2.jpg
6GHz以上,可能是USRP的放大器的带宽有限,衰减比较快。
让USRP在1GHz发射,观看细节,奇次谐波在-30dBc水平
4.jpg
在500MHz发射,奇次谐波增加到-20dBc水平。
5.jpg
在70MHz发射,谐波进一步增加
6.jpg
缩小SPAN测量细节,可见奇次谐波位于-9dBc水平。
7.jpg
减小USRP的输出幅度,可以看到奇次谐波水平依然在-9dBc水平,看来主要因素不是放大器饱和导致的。从原理看,应该是9361的内部分频器产生的。
8.jpg
再看看接收的杂散响应
在400MHz输入一个-20dBm的信号,校准USRP。
9.jpg
到了800MHz可以看到一个杂散响应,大约-50m水平,接收通道的二次谐波抑制度大约为-30dBc。
10.jpg
到了1200MHz变为-90dBm水平,三次谐波抑制度约-70dBc水平
11.jpg
带内的镜像响应,很烂。但时好时坏,可能是IQ校准的问题。
12.jpg
对于120MHz以下频率,按原方案采用400MHz中频,由于9361发射谐波大,会导致杂散响应恶化为-20dBc。

根据上述测试,对方案需要做一些改进,增加必要的本振滤波器,中频频率需要提高,发射通道低频也需要混频产生,接收预选器要在1GHz以下做一个分段。如此处理后有望将接收谐波抑制提升到-50dBc,发射提升至-30dBc,更高指标需要复杂的滤波器,本作品不再予以解决。
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warmonkey
3年8个月前
42楼
引用 虎哥:

带内的镜像响应,很烂。但时好时坏,可能是IQ校准的问题。
最后一张图明显过载了,建议检查gqrx的增益,设置到0。然后调整信号源,使得gqrx频谱峰值不超过-30dbm。
USRP的镜像抑制可能需要校准,内部的校准机制触发机理不明。可以试试看重新启动gqrx软件,通常镜像抑制能做到-50dBc或者更好。
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radio
3年8个月前 修改于 3年6个月前
43楼
引用 虎哥:
昨天@ warmonkey 对USRP的发射谐波发表了吐槽,我大惊。今天赶快实测一下。
镜像的话试试勾上gqrx右边的iq balance勾勾?
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虎哥作者
3年8个月前
44楼
@radio 试过没有明显效果。按理说经过自动的IQ校准能够达到至少60dB,在很多时候也是达到了的,但时不时又会变得很差,十分不稳定。可能是软件稳问题,等板子做好了用自己的试试。
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radio
3年8个月前 修改于 3年8个月前
45楼
引用 warmonkey:
引用 虎哥:

带内的镜像响应,很烂。但时好时坏,可能是IQ校准的问题。
最后一张图明显过载了,建议检查gqrx的增益,设置到0。然后调整信号源,使得gqrx频谱峰值不超过-30dbm。
USRP的镜像抑制可能需要校准,内部的校准机制触发机理不明。可以试试看重新启动gqrx软件,通常镜像抑制能做到-50dBc或者更好。
USRP可以手动校准,用uhd自带的uhd_cal_rx_iq_balance,用法参考这里
http://files.ettus.com/manual/page_calibration.html
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子羽
3年8个月前
46楼
虎哥板载,日前看到了我单位采购贵司设备若干。
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虎哥作者
3年7个月前
47楼
修改后的9361板子,已经画完了,发给了板厂。
1.png
马上就要过节了,这一放假就是八天,工厂不算工期,导致需要久等一下。
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虎哥作者
3年7个月前
48楼
引用 子羽:
虎哥板载,日前看到了我单位采购贵司设备若干。
子羽大神好久不见,现在在哪里高就啊
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warmonkey
3年7个月前
49楼
引用 radio:
USRP可以手动校准,用uhd自带的uhd_cal_rx_iq_balance,用法参考这里
http://files.ettus.com/manual/page_calibration.html
这个校准工具适用于N210和B100的各种daughtercard的,不适用于USRP B210。
B210是每次初始化的时候进行自动校准的,发射部分校准后的载波泄露固定为-50dBm(与输出衰减设定值无关),接收部分校准后的镜像抑制优于50dBc

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radio
3年7个月前
50楼
引用 warmonkey:
引用 radio:
USRP可以手动校准,用uhd自带的uhd_cal_rx_iq_balance,用法参考这里
http://files.ettus.com/manual/page_calibration.html
这个校准工具适用于N210和B100的各种daughtercard的,不适用于USRP B210。
B210是每次初始化的时候进行自动校准的,发射部分校准后的载波泄露固定为-50dBm(与输出衰减设定值无关),接收部分校准后的镜像抑制优于50dBc
好吧。。学习了
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刘 虎

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