超短波頻譜監測網絡化接收機設計

　　0 引言

　　隨著物聯網和通信技術的迅速發展，無線電頻譜管理的任務越來越重，因此，超短波頻譜監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監測接收機，美國Agilent公司的E3238S／N6820E專用無線電信號監測系統，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測網絡化接收機，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，以監測20 MHz～3 GHz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，并具有最佳信噪比。其性價比要優于田外同類產品，其性能將超越EB200型，與性能較高的ESMB接收機相當，既適合移動式監測使用，也適合固定式監測使用，是用于物聯網之分布式無線頻譜監測系統的主要接收設備。

　　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。

　　天線輸入信號經高放、一變頻部分前端濾波及變頻后產生一中頻信號，經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，二次混頻后產生70 MHz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。一本振主要負責產生接收頻率范圍內的本振信號：3115～4 885 MHz，二本振負責產生與一中頻頻點對應的本振信號。DSP部分對輸入的70 MHz二中頻進行采樣及相應的數字化處理，完成音頻輸出、AGC控制等功能，同時將處理后的數據傳送給控制部分。控制部分負責整機各個單元部分的控制，同時把DSP傳來的頻譜數據通過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工作模式，通過可摔衰減器來控制，衰減范圍為0～30 dB。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20～950 MHz采用電調濾波器，950～3000 MHz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1 800MHz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。由于經混頻后信號損耗較大，需再進行一級放大，然后經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3 115～4 885 MHz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70 MHz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31．5 dB，二中頻濾波采用2檔開關濾波器組，各擋帶寬分別為1 MHz，8 MHz，一級增益控制，控制量為31．5 dB。這樣預計整個信道增益為63 dB，總增益控制量為93 dB；射頻控制量為30 dB，中頻控制量為63 dB。加上DSP的數字增益控制，總增益控制量可達到120 dB。

　　3 數字信號處理（DSP）單元設計

　　DSP有兩種工作模式：解調和中頻全景模式。為了提高數字掃描的速度，采用8 MHz中頻帶寬濾波器，以減少本振調整次數；解調和中頻全景頻潛顯示同時進行，選用帶寬為1 MHz濾波器，接收頻道處于頻譜顯示中心。A／D變換采用50 MHz時鐘，然后采用14 MHzNCO將采樣信號下變頻至零中頻，進行抽取濾波解調。在數字掃描時，解調停止，中頻帶寬取8 MHz，NCO固定在14 MHz，抽取濾波之后作FFT，并根據頻率分辨率逐點存儲并顯示。DSP單元設計如圖3所示。