頻譜監(jiān)測(cè)機(jī)功能解析

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本文作者：周玉鋒、吳青萍 單位：常州無(wú)線電廠有限公司、常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院

這是一款寬帶的超短波寬帶接收機(jī)，接收頻率為20～3000MHz，輸出70MHz中頻，最大帶寬為8MHz，把第一中頻選在3085MHz和1577.5MHz兩個(gè)頻點(diǎn)上，顯然增加了一中放電路的復(fù)雜程度，如果僅選一個(gè)高中頻頻點(diǎn)的話，將帶來(lái)許多技術(shù)上的難點(diǎn)，首先選用高中頻這樣的頻點(diǎn)必需比最高的接收頻率要高出一些，也就是說(shuō)一中頻的頻點(diǎn)必需在3600MHz以上，在這樣高的頻率上選擇合適的一中頻濾波器將會(huì)非常困難，同樣，一本振的頻率也很高，還要滿足3GHz的覆蓋范圍，這樣對(duì)于整機(jī)的穩(wěn)定性、一中頻濾波器的選擇性，以及提高的一本振頻率相應(yīng)帶來(lái)的本振相位噪聲的下降來(lái)講都是不合算的。因此選用一高一低的兩個(gè)一中頻的方案，可以降低一本振的最高頻率和頻率覆蓋范圍，同時(shí)也有利于一中頻濾波器的選擇，按照這個(gè)原則，確定的接收頻率與本振頻率的關(guān)系。

前端信道設(shè)計(jì)

整機(jī)前端信道部分可以劃分為以下幾個(gè)主要部分，分別由天線輸入衰減器、前端輸入開(kāi)關(guān)濾波器組、第一本振的濾波與放大電路、第一混頻器、第一中頻的濾波與放大電路、第二混頻器、第二中頻的濾波與放大電路、可變衰減器等組成[4、5]（見(jiàn)圖1）。因?yàn)檩斎胄盘?hào)強(qiáng)弱不同，同時(shí)考慮到輸入強(qiáng)信號(hào)的抗干擾問(wèn)題，前級(jí)輸入端采用衰減與直通串聯(lián)兩種工作模式，采用可控衰減器進(jìn)行控制，衰減范圍0～30dB。除要求盡可能小的插入損耗指標(biāo)，還要有一定的帶外衰減能力，因此，開(kāi)關(guān)濾波器組在全頻段內(nèi)采用4個(gè)電調(diào)濾波器和4個(gè)帶通濾波器組成，950MHz以下頻段采用電調(diào)濾波器，950MHz以上頻段采用帶通濾波器。在濾波之后，為保證整機(jī)靈敏度不受影響設(shè)計(jì)一級(jí)輸入高放；為確保本振相位噪聲和本振泄漏指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在放大后先進(jìn)行1800MHz低通、高通濾波，然后再進(jìn)行一混頻。對(duì)于一本振信號(hào)來(lái)說(shuō)其頻率范圍應(yīng)在接收信號(hào)覆蓋的范圍之外，在此選在3115～4885MHz之間。為抑制本振帶入的干擾及噪聲影響一混頻電路，對(duì)一本振信號(hào)進(jìn)行高通濾波和放大后再混頻。一混頻后，分別是一中頻的濾波、放大、增益控制，二混頻，二中頻的濾波、放大和增益控制及70MHz中頻輸出電路。其中，一中頻濾波采用兩級(jí)濾波、一級(jí)增益控制，控制量為31.5dB；二中頻濾波采用帶寬分別為1MHz、8MHz的2檔開(kāi)關(guān)濾波器組、一級(jí)增益控制，控制量為31.5dB。這樣中頻控制量為63dB，另外再加上30dB射頻控制量以及DSP的數(shù)字增益控制，信道可達(dá)到120dB的總增益控制量。

DSP單元設(shè)計(jì)

DSP單元，為了提高“D掃描”（即數(shù)字掃描）的速度，模擬前端采用8MHz中頻帶寬濾波器，掃描速度在12.5K分辨率下為1G/1S，以減少本振調(diào)整次數(shù)。DSP有兩種工作模式，一種是“解調(diào)模式”、一種是“中頻全景模式”，解調(diào)和中頻全景頻譜顯示同時(shí)進(jìn)行，可根據(jù)需要進(jìn)行切換，接收頻道處于頻譜顯示中心。因此，設(shè)計(jì)成兩路相對(duì)獨(dú)立的通道，這里稱之為“解調(diào)模塊”和“頻譜模塊”，以分別實(shí)現(xiàn)解調(diào)和頻譜兩大功能。DSP單元設(shè)計(jì)如圖2所示[6]。兩路通道的硬件設(shè)計(jì)方案基本相似，A/D采樣的數(shù)字中頻信號(hào)分成兩路進(jìn)入兩塊數(shù)字下變頻器，其輸出的基帶信號(hào)通過(guò)FIFO緩沖后送入各自的DSP進(jìn)行處理。根據(jù)對(duì)所有運(yùn)算量的評(píng)估及分工，“解調(diào)模塊”實(shí)時(shí)性要求較高，重點(diǎn)完成“解調(diào)”輸出、AFC偏移量以及“數(shù)字AGC”的工作；“頻譜模塊”除完成“FFT”頻譜數(shù)據(jù)主要工作外，“模擬AGC控制”電壓輸出和“信號(hào)電平強(qiáng)度檢測(cè)”參數(shù)輸出等工作也由其完成。中頻數(shù)字化單元主要輸入、輸出：輸入：70MHz中頻輸入、50MHzA/D采樣時(shí)鐘輸入、控制器接口命令參數(shù)輸入。輸出：模擬視頻數(shù)據(jù)輸出、增益控制電壓輸出（MGC，AGC）、控制器接口“FFT”頻譜數(shù)據(jù)、AFC偏移量和信號(hào)電平強(qiáng)度檢測(cè)輸出。

總體功能設(shè)計(jì)

掃描功能的實(shí)現(xiàn)：用戶能按預(yù)定義的頻率范圍進(jìn)行頻率掃描，可以存貯最多100段頻帶進(jìn)行離散頻段掃描，可設(shè)置1000個(gè)頻道、信號(hào)帶寬、調(diào)制方式進(jìn)行掃描監(jiān)測(cè)。解調(diào)功能的實(shí)現(xiàn)：采用數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種工作方式（AM、FM、USB、LSB和CW）的信號(hào)解調(diào)，中頻解調(diào)帶寬從200～1MHz范圍內(nèi)共22個(gè)中頻濾波器可選。遠(yuǎn)程控制功能：具有遠(yuǎn)程遙控功能，遙控接口采用以太網(wǎng)口，網(wǎng)口速率達(dá)到100M。

整機(jī)外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)市場(chǎng)需求和整體方案及整體布局的考慮，本機(jī)采用小型化的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分開(kāi)關(guān)電源和信道信號(hào)處理板兩塊，信道信號(hào)處理板包括信道部分、DSP部分、控制部分，各部分采用屏蔽隔窗進(jìn)行有效隔離，以減少相互之間的影響。該接收機(jī)外型及信道信號(hào)處理板如圖3所示。

結(jié)束語(yǔ)

該接收機(jī)采用了超短波電調(diào)諧式濾波器，減少多信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)的概率，提高了小信號(hào)的接收能力和抗干擾性能。經(jīng)測(cè)試該接收機(jī)的噪聲系數(shù)≤15dB，中頻抑制比≥90dB，鏡頻抑制比≥90dB，二階互調(diào)≥45dBm，三階互調(diào)≥10dBm。在相關(guān)無(wú)線電管理部門應(yīng)用表明，具備了20MHz～3GHz頻率范圍內(nèi)信號(hào)的接收、解調(diào)、頻譜顯示、信號(hào)特征參數(shù)測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽哂锌垢蓴_性好、動(dòng)態(tài)范圍大、特征參數(shù)測(cè)量較為準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)?？梢詾闊o(wú)線電管理部門全面掌握頻譜資源使用情況，提高無(wú)線電監(jiān)測(cè)、干擾排查能力，保證物聯(lián)網(wǎng)平穩(wěn)快速的發(fā)展、保障我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)具有重要意義。