超短波頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡化接收機設計

　　摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)和通信技術的迅速發(fā)展，無線電頻譜管理的任務越來越重，因此，超短波頻譜監(jiān)測接收機應用領域越來越廣。本文設計的超短波頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡化接收機，所有輸入、輸出線都將采用過濾和篩選設計，從而極大地降低雜散輻射，提高對干擾信號的抑制能力，以監(jiān)測20MHz～3GHz頻率范圍內超短波信號，可提供多種IF處理帶寬以適應處理不同信號的要求，并具有*信噪比。
　　
　　引言
　　
　　隨著物聯(lián)網(wǎng)和通信技術的迅速發(fā)展，無線電頻譜管理的任務越來越重，因此，超短波頻譜監(jiān)測接收機應用領域越來越廣。可國內相關職能部門所配置的超短波監(jiān)測設備幾乎都是國外進口設備，如德國的羅德與施瓦茨公司（R＆S）的EB200、ESMB監(jiān)測接收機，美國Agilent公司的E3238S／N6820E無線電信號監(jiān)測系統(tǒng)，而這些設備性能雖好但價格相當昂貴。
　　
　　本文設計的超短波頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡化接收機，所有輸入、輸出線都將采用過濾和篩選設計，從而極大地降低雜散輻射，提高對干擾信號的抑制能力，以監(jiān)測20MHz～3GHz頻率范圍內超短波信號，可提供多種IF處理帶寬以適應處理不同信號的要求，并具有*信噪比。其性價比要優(yōu)于田外同類產(chǎn)品，其性能將超越EB200型，與性能較高的ESMB接收機相當，既適合移動式監(jiān)測使用，也適合固定式監(jiān)測使用，是用于物聯(lián)網(wǎng)之分布式無線頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的主要接收設備。
　　
　　1、整機方案設計
　　
　　整機框圖如圖1所示，它由高放、一變頻、一中放、二變頻、二中放、標頻、一本振、二本振、DSP部分、控制等部分組成。　　
　　天線輸入信號經(jīng)高放、一變頻部分前端濾波及變頻后產(chǎn)生一中頻信號，經(jīng)過一中放后提供給二變頻進行第二次變頻、濾波、放大和增益控制等工作，二次混頻后產(chǎn)生70MHz二中頻，提供給DSP工作和模擬中頻輸出。標頻部分采用功分器將標頻分成三路，分別提供給一本振、二本振和DSP單元，供各部分使用。一本振主要負責產(chǎn)生接收頻率范圍內的本振信號：3115～4885MHz，二本振負責產(chǎn)生與一中頻頻點對應的本振信號。DSP部分對輸入的70MHz二中頻進行采樣及相應的數(shù)字化處理，完成音頻輸出、AGC控制等功能，同時將處理后的數(shù)據(jù)傳送給控制部分。控制部分負責整機各個單元部分的控制，同時把DSP傳來的頻譜數(shù)據(jù)通過RJ45接口傳送給后端計算機。
　　
　　2、前端信道設計
　　
　　整機前端信道部分如圖2所示，分別由天線輸入衰減、前端輸入開關濾波器組、一本振濾波放大、一混頻以及一中頻的濾波與放大、增益控制、二混頻、二中頻濾波與放大電路等組成。　　
　　考慮到信號強弱的不同以及對輸入強信號的抗干擾問題，在前級輸入采用直通與衰減串聯(lián)工作模式，通過可摔衰減器來控制，衰減范圍為0～30dB。開關濾波器組覆蓋全部接收頻段，由4個電調濾波器和4個帶通濾波器組成，除要求插損盡可能小以外，還要有一定的帶外衰減能力。在全頻段內20～950MHz采用電調濾波器，950～3000MHz采用帶通濾波器的形式。在濾波之后，為確保整機靈敏度不受影響再進行輸入高放，在放大后再進行一次特定的1800MHz低通、高通濾波然后再進行一混頻以確保中抗、像抗和本振泄漏指標。由于經(jīng)混頻后信號損耗較大，需再進行一級放大，然后經(jīng)衰減器進入一中頻的濾波與放大。對于驅動一混頻的一本振來說其頻率范圍在3115～4885MHz之間，不在接收信號覆蓋的頻率上。為抑制本振帶入的干擾及噪聲對一混頻電路的影響，對一本振信號在混頻前進行高通濾波和放大。在一混頻后，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2檔開關濾波器組，各擋帶寬分別為1MHz，8MHz，一級增益控制，控制量為31．5dB。這樣預計整個信道增益為63dB，總增益控制量為93dB；射頻控制量為30dB，中頻控制量為63dB。加上DSP的數(shù)字增益控制，總增益控制量可達到120dB。
　　
　　3、數(shù)字信號處理（DSP）單元設計
　　
　　DSP有兩種工作模式：解調和中頻全景模式。為了提高數(shù)字掃描的速度，采用8MHz中頻帶寬濾波器，以減少本振調整次數(shù)；解調和中頻全景頻潛顯示同時進行，選用帶寬為1MHz濾波器，接收頻道處于頻譜顯示中心。A／D變換采用50MHz時鐘，然后采用14MHzNCO將采樣信號下變頻至零中頻，進行抽取濾波解調。在數(shù)字掃描時，解調停止，中頻帶寬取8MHz，NCO固定在14MHz，抽取濾波之后作FFT，并根據(jù)頻率分辨率逐點存儲并顯示。DSP單元設計如圖3所示。　　
　　DSP單元主要輸入輸出說明：
　　
　　70MHz中頻輸入、50MHzA／D采樣時鐘輸入、控制器接口命令參數(shù)輸入。
　　
　　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偏移量和信號電平強度檢測輸出。
　　
　　4、電源設計
　　
　　本機電源采用開關電源組件以提供整機所需的電源需求，共分五組電源：+12V，-12V，+5V，-5V，+3．3V。考慮到信道實際的電源使用情況，須增加一組+24V電源，將由DC／DC模塊變換產(chǎn)生，這幾組電源基本能滿足信道、DSP單元部分的需求。
　　
　　5、結語
　　
　　該接收機采用二次變頻方案，DSP住第二中頻70MHz上實現(xiàn)數(shù)字化，對20MHz～3GHz監(jiān)測頻率范圍內的無線信號進行快速掃描榆測，以判別信號的存在。研制出的樣機具有體積小、重量輕、掃描速度快、動態(tài)范圍大、性價比高等特點，在無線電超短波監(jiān)測網(wǎng)具有十分廣闊的市場及產(chǎn)業(yè)前景。