頻譜監測機功能解析

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本文作者：周玉鋒、吳青萍 單位：常州無線電廠有限公司、常州信息職業技術學院電子與電氣工程學院

這是一款寬帶的超短波寬帶接收機，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兩個頻點上，顯然增加了一中放電路的復雜程度，如果僅選一個高中頻頻點的話，將帶來許多技術上的難點，首先選用高中頻這樣的頻點必需比最高的接收頻率要高出一些，也就是說一中頻的頻點必需在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，這樣對于整機的穩定性、一中頻濾波器的選擇性，以及提高的一本振頻率相應帶來的本振相位噪聲的下降來講都是不合算的。因此選用一高一低的兩個一中頻的方案，可以降低一本振的最高頻率和頻率覆蓋范圍，同時也有利于一中頻濾波器的選擇，按照這個原則，確定的接收頻率與本振頻率的關系。

前端信道設計

整機前端信道部分可以劃分為以下幾個主要部分，分別由天線輸入衰減器、前端輸入開關濾波器組、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]（見圖1）。因為輸入信號強弱不同，同時考慮到輸入強信號的抗干擾問題，前級輸入端采用衰減與直通串聯兩種工作模式，采用可控衰減器進行控制，衰減范圍0～30dB。除要求盡可能小的插入損耗指標，還要有一定的帶外衰減能力，因此，開關濾波器組在全頻段內采用4個電調濾波器和4個帶通濾波器組成，950MHz以下頻段采用電調濾波器，950MHz以上頻段采用帶通濾波器。在濾波之后，為保證整機靈敏度不受影響設計一級輸入高放；為確保本振相位噪聲和本振泄漏指標達到設計要求，在放大后先進行1800MHz低通、高通濾波，然后再進行一混頻。對于一本振信號來說其頻率范圍應在接收信號覆蓋的范圍之外，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，對一本振信號進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濾波、一級增益控制，控制量為31.5dB；二中頻濾波采用帶寬分別為1MHz、8MHz的2檔開關濾波器組、一級增益控制，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的數字增益控制，信道可達到120dB的總增益控制量。

DSP單元設計

DSP單元，為了提高“D掃描”（即數字掃描）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，以減少本振調整次數。DSP有兩種工作模式，一種是“解調模式”、一種是“中頻全景模式”，解調和中頻全景頻譜顯示同時進行，可根據需要進行切換，接收頻道處于頻譜顯示中心。因此，設計成兩路相對獨立的通道，這里稱之為“解調模塊”和“頻譜模塊”，以分別實現解調和頻譜兩大功能。DSP單元設計如圖2所示[6]。兩路通道的硬件設計方案基本相似，A/D采樣的數字中頻信號分成兩路進入兩塊數字下變頻器，其輸出的基帶信號通過FIFO緩沖后送入各自的DSP進行處理。根據對所有運算量的評估及分工，“解調模塊”實時性要求較高，重點完成“解調”輸出、AFC偏移量以及“數字AGC”的工作；“頻譜模塊”除完成“FFT”頻譜數據主要工作外，“模擬AGC控制”電壓輸出和“信號電平強度檢測”參數輸出等工作也由其完成。中頻數字化單元主要輸入、輸出：輸入：70MHz中頻輸入、50MHzA/D采樣時鐘輸入、控制器接口命令參數輸入。輸出：模擬視頻數據輸出、增益控制電壓輸出（MGC，AGC）、控制器接口“FFT”頻譜數據、AFC偏移量和信號電平強度檢測輸出。

總體功能設計

掃描功能的實現：用戶能按預定義的頻率范圍進行頻率掃描，可以存貯最多100段頻帶進行離散頻段掃描，可設置1000個頻道、信號帶寬、調制方式進行掃描監測。解調功能的實現：采用數字信號處理（DSP）技術，實現多種工作方式（AM、FM、USB、LSB和CW）的信號解調，中頻解調帶寬從200～1MHz范圍內共22個中頻濾波器可選。遠程控制功能：具有遠程遙控功能，遙控接口采用以太網口，網口速率達到100M。

整機外形結構設計

根據市場需求和整體方案及整體布局的考慮，本機采用小型化的結構，內部分開關電源和信道信號處理板兩塊，信道信號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行有效隔離，以減少相互之間的影響。該接收機外型及信道信號處理板如圖3所示。

結束語

該接收機采用了超短波電調諧式濾波器，減少多信號進入接收機的概率，提高了小信號的接收能力和抗干擾性能。經測試該接收機的噪聲系數≤15dB，中頻抑制比≥90dB，鏡頻抑制比≥90dB，二階互調≥45dBm，三階互調≥10dBm。在相關無線電管理部門應用表明，具備了20MHz～3GHz頻率范圍內信號的接收、解調、頻譜顯示、信號特征參數測量、網絡數據傳輸等功能，具有抗干擾性好、動態范圍大、特征參數測量較為準確等優點。可以為無線電管理部門全面掌握頻譜資源使用情況，提高無線電監測、干擾排查能力，保證物聯網平穩快速的發展、保障我國國民經濟建設和國防建設具有重要意義。