频谱监测机功能解析

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本文作者：周玉锋、吴青萍 单位：常州无线电厂有限公司、常州信息职业技术学院电子与电气工程学院

这是一款宽带的超短波宽带接收机，接收频率为20～3000MHz，输出70MHz中频，最大带宽为8MHz，把第一中频选在3085MHz和1577.5MHz两个频点上，显然增加了一中放电路的复杂程度，如果仅选一个高中频频点的话，将带来许多技术上的难点，首先选用高中频这样的频点必需比最高的接收频率要高出一些，也就是说一中频的频点必需在3600MHz以上，在这样高的频率上选择合适的一中频滤波器将会非常困难，同样，一本振的频率也很高，还要满足3GHz的覆盖范围，这样对于整机的稳定性、一中频滤波器的选择性，以及提高的一本振频率相应带来的本振相位噪声的下降来讲都是不合算的。因此选用一高一低的两个一中频的方案，可以降低一本振的最高频率和频率覆盖范围，同时也有利于一中频滤波器的选择，按照这个原则，确定的接收频率与本振频率的关系。

前端信道设计

整机前端信道部分可以划分为以下几个主要部分，分别由天线输入衰减器、前端输入开关滤波器组、第一本振的滤波与放大电路、第一混频器、第一中频的滤波与放大电路、第二混频器、第二中频的滤波与放大电路、可变衰减器等组成[4、5]（见图1）。因为输入信号强弱不同，同时考虑到输入强信号的抗干扰问题，前级输入端采用衰减与直通串联两种工作模式，采用可控衰减器进行控制，衰减范围0～30dB。除要求尽可能小的插入损耗指标，还要有一定的带外衰减能力，因此，开关滤波器组在全频段内采用4个电调滤波器和4个带通滤波器组成，950MHz以下频段采用电调滤波器，950MHz以上频段采用带通滤波器。在滤波之后，为保证整机灵敏度不受影响设计一级输入高放；为确保本振相位噪声和本振泄漏指标达到设计要求，在放大后先进行1800MHz低通、高通滤波，然后再进行一混频。对于一本振信号来说其频率范围应在接收信号覆盖的范围之外，在此选在3115～4885MHz之间。为抑制本振带入的干扰及噪声影响一混频电路，对一本振信号进行高通滤波和放大后再混频。一混频后，分别是一中频的滤波、放大、增益控制，二混频，二中频的滤波、放大和增益控制及70MHz中频输出电路。其中，一中频滤波采用两级滤波、一级增益控制，控制量为31.5dB；二中频滤波采用带宽分别为1MHz、8MHz的2档开关滤波器组、一级增益控制，控制量为31.5dB。这样中频控制量为63dB，另外再加上30dB射频控制量以及DSP的数字增益控制，信道可达到120dB的总增益控制量。

DSP单元设计

DSP单元，为了提高“D扫描”（即数字扫描）的速度，模拟前端采用8MHz中频带宽滤波器，扫描速度在12.5K分辨率下为1G/1S，以减少本振调整次数。DSP有两种工作模式，一种是“解调模式”、一种是“中频全景模式”，解调和中频全景频谱显示同时进行，可根据需要进行切换，接收频道处于频谱显示中心。因此，设计成两路相对独立的通道，这里称之为“解调模块”和“频谱模块”，以分别实现解调和频谱两大功能。DSP单元设计如图2所示[6]。两路通道的硬件设计方案基本相似，A/D采样的数字中频信号分成两路进入两块数字下变频器，其输出的基带信号通过FIFO缓冲后送入各自的DSP进行处理。根据对所有运算量的评估及分工，“解调模块”实时性要求较高，重点完成“解调”输出、AFC偏移量以及“数字AGC”的工作；“频谱模块”除完成“FFT”频谱数据主要工作外，“模拟AGC控制”电压输出和“信号电平强度检测”参数输出等工作也由其完成。中频数字化单元主要输入、输出：输入：70MHz中频输入、50MHzA/D采样时钟输入、控制器接口命令参数输入。输出：模拟视频数据输出、增益控制电压输出（MGC，AGC）、控制器接口“FFT”频谱数据、AFC偏移量和信号电平强度检测输出。

总体功能设计

扫描功能的实现：用户能按预定义的频率范围进行频率扫描，可以存贮最多100段频带进行离散频段扫描，可设置1000个频道、信号带宽、调制方式进行扫描监测。解调功能的实现：采用数字信号处理（DSP）技术，实现多种工作方式（AM、FM、USB、LSB和CW）的信号解调，中频解调带宽从200～1MHz范围内共22个中频滤波器可选。远程控制功能：具有远程遥控功能，遥控接口采用以太网口，网口速率达到100M。

整机外形结构设计

根据市场需求和整体方案及整体布局的考虑，本机采用小型化的结构，内部分开关电源和信道信号处理板两块，信道信号处理板包括信道部分、DSP部分、控制部分，各部分采用屏蔽隔窗进行有效隔离，以减少相互之间的影响。该接收机外型及信道信号处理板如图3所示。

结束语

该接收机采用了超短波电调谐式滤波器，减少多信号进入接收机的概率，提高了小信号的接收能力和抗干扰性能。经测试该接收机的噪声系数≤15dB，中频抑制比≥90dB，镜频抑制比≥90dB，二阶互调≥45dBm，三阶互调≥10dBm。在相关无线电管理部门应用表明，具备了20MHz～3GHz频率范围内信号的接收、解调、频谱显示、信号特征参数测量、网络数据传输等功能，具有抗干扰性好、动态范围大、特征参数测量较为准确等优点。可以为无线电管理部门全面掌握频谱资源使用情况，提高无线电监测、干扰排查能力，保证物联网平稳快速的发展、保障我国国民经济建设和国防建设具有重要意义。