可攜式寬帶數字接收機的製作方法
2023-09-23 13:30:05
專利名稱：可攜式寬帶數字接收機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線電技術領域，具體涉及一種寬頻帶無線信號的數字監測接收
設備。
背景技術：
隨著多載波技術和軟體無線電技術的應用，寬帶數位化檢測接收設備將廣泛應用 於現代通信系統，但目前國內使用的可攜式無線電監測設備多為國外進口低端接收機和頻 譜分析儀，進口低端接收機普遍存在動態範圍小、測試精度低、掃描速度慢、虛假信號多的 問題；頻譜分析儀由於無預選器及信號識別功能，存在動態範圍小，無法進行信號識別的問 題。
實用新型內容有鑑於此，為了解決上述問題，本實用新型提供一種可攜式寬帶數字接收機，能對 接收的信號進行預選濾波和低噪聲放大，結合內部衰減電路和自動增益電路，能有效提升 接收信號動態範圍。 本實用新型的目的是這樣實現的可攜式寬帶數字接收機，包括第一天線口、預選 器單元、前端單元和數字處理單元，所述第一天線口、預選器單元、前端單元和數字處理單 元依次電連接，所述第一天線接口與預選器單元通過射頻電纜電連接，所述預選器單元將 從天線接收的寬帶信號進行選擇性濾波和低噪聲放大後輸出到前端單元，所述前端單元將 接收的信號轉換為中頻信號並輸出到數字處理單元進行數位化處理，所述預選器單元中還 包括一衰減電路，所述數字處理單元中還包括一自動增益電路。 進一步，所述預選器單元包括第一開關矩陣電路、第二開關矩陣電路、至少1個子 頻段濾波器、至少1個放大器、低通濾波器以及固定衰減片，所述子頻段濾波器和固定衰減 片並聯設置在第一開關矩陣電路和第二開關矩陣電路之間，所述子頻段濾波器與第二開關 矩陣電路之間還設置有放大器，所述第一開關矩陣電路的輸入端與天線接口電連接，所述 第二開關矩陣電路的輸出端與低通濾波器的輸入端電連接； 進一步，所述前端單元包括前端控制器、第一本振源、第二本振源、第三本振源和 中頻模塊，所述前端控制器的輸出端分別與第一本振源、第二本振源、第三本振源和中頻模 塊的控制輸入端電連接，所述中頻模塊包括依次電連接的第一中頻混頻器、第二中頻混頻 器和第三中頻混頻器，每兩個中頻混頻器之間還設置有濾波器和放大器，所述第一本振源、 第二本振源和第三本振源的本振信號輸出端分別與第一中頻混頻器、第二中頻混頻器和第 三中頻混頻器的本振信號輸入端電連接； 進一步，所述數字處理單元包括依次電連接的大範圍可變增益放大器、A/D轉換模 塊和現場可編程門陣列，所述大範圍可變增益放大器的信號輸入端與前端單元的信號輸出 端電連接； 進一步，所述可攜式寬帶數字接收機還包括數位訊號處理器，所述數位訊號處理器與現場可編程門陣列電連接； 進一步，還包括主控制單元，所述主控制單元與現場可編程門陣列電連接； 進一步，所述可攜式寬帶數字接收機還包括顯示器，所述顯示器的頻譜輸入端與
主控制單元的頻譜輸出端電連接； 進一步，所述可攜式寬帶數字接收機還包括語音模塊，所述語音模塊的語音信號 輸入端與主控制單元的語音信號輸出端電連接； 進一步，所述可攜式寬帶數字接收機還包括前面板，所述顯示器和語音模塊設置 於前面板上，所述前面板上還設置有輸入裝置、第一天線口和音頻輸出口 ，所述輸入裝置與 主控制單元電連接，所述第一天線口與預選器單元的信號輸入端電連接，所述音頻輸出口 與語音模塊的語音信號輸出端電連接； 進一步，所述可攜式寬帶數字接收機還包括後面板，所述後面板上設置有LAN 口、 USB 口 、電源輸入口 、 RS232接口 、中頻信號輸出接口 、第二天線接口 、第三天線口和天線選 擇開關，所述LAN 口、 USB 口和RS232接口與主控制單元的信號輸出端連接，所述中頻信號 輸出接口與前端單元的信號輸出端電連接，所述第二天線接口和第三天線口與預選器單元 的信號輸入端電連接。 本實用新型的可攜式寬帶數字接收機，通過預選濾波和低噪聲放大，結合內部衰 減電路和自動增益電路，能有效提升接收信號動態範圍，使本實用新型的設備具有較高的 線性、較快的掃描速度、虛假信號少、功耗低、性價比高等優點。 本實用新型的其他優點、目標，和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡 述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或 者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優點可以通過下面的說 明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
圖1是可攜式寬帶數字接收機的系統結構示意圖； 圖2是可攜式寬帶數字接收機中預選器單元結構示意圖； 圖3是可攜式寬帶數字接收機中前端單元結構示意圖。
具體實施方式以下將參照附圖，對本實用新型的優選實施例進行詳細的描述。 參見圖l，本實施例的可攜式可攜式寬帶數字接收機包括前面板單元1、預選器單 元2、前端單元3、數字處理單元4和後面板單元5，其中前面板單元1上設置有顯示器11、 鍵盤、旋鈕等輸入設備12、第一天線口 13、開關14和音頻輸出口 15，後面板單元5包括LAN 口 、 USB 口 、電源輸入、RS232接口 、中頻信號輸出接口 、天線選擇開關、後面板接口板，還可 在後面板單元5設置備用的第二天線接口和第三天線口 。 參見圖2，所述預選器單元2用於對天線接收的寬帶信號進行選擇性濾波和低噪 聲放大，包括第一開關矩陣電路21、第二開關矩陣電路22、14個子頻段濾波器23。 6個放 大器24、 1個低通濾波器25以及1個作為衰減電路的固定衰減片26，所述預選器單元接收 的信號電平小於或等於_15dBm時，所述第一開關矩陣電路21根據所接受的寬帶信號的不同頻率，將寬帶信號劃分到相應頻率的子頻段濾波器23進行選擇濾波，再通過相應頻率的 放大器24進行低噪聲放大，最後通過第二開關矩陣電路合路後通過低通濾波器25輸出； 所述預選器單元接收的信號電平大於_15dBm時，所述第一開關矩陣電路將寬帶信號劃分 到30dB固定衰減片(ATT)26，衰減後通過第二開關矩陣電路合路後通過低通濾波器直接輸 出。上述子頻段皆按亞倍頻程分段，使得設備具備較好的選擇性，較高的中頻、鏡頻抑制能 力。 參見圖1、3，所述前端單元3用於將選擇性濾波和低噪聲放大後的信號轉換為中 頻信號，由於中頻信號頻率的選取非常重要，本實施例綜合用戶需求及對虛假信號、鏡頻信 號、中頻信號的抑制要求，採用三次變頻方案，選取了合理的中頻頻率與本振頻率；具體的， 所述前端單元3包括前端控制器31、第一本振源32、第二本振源33、第三本振源34和中頻 模塊35，這三個本振源根據前端控制器31的控制指令，提供三種不同頻率的本振信號，其 中所述第一本振源輸32出頻率為4329. 8-7929. 7MHz的本振信號，所述第二本振源33輸 出頻率為4100MHz的本振信號，所述第三本振源34輸出頻率為219MHz的本振信號，參見圖 l，所述中頻模塊35具體包括依次連接的第一中頻混頻器351、第二中頻混頻器352和第三 中頻混頻器353，在第一中頻混頻器351和第二中頻混頻器352之間還設置有濾波器354 和放大器355，在第二中頻混頻器352和第三中頻混頻器353之間還設置有濾波器356，第 三中頻混頻器353的輸出端還連接有濾波器358 ;所述中頻模塊35，根據前端控制器31的 控制指令和三個本振源的本振信號，對接收預選器單元輸出的寬帶信號進行三次變頻，輸 出中頻信號，具體的，其中第一中頻混頻器351接收預選器單元輸出的信號，與第一本振源 32固定差頻出頻率為4329. 7MHz的第一中頻信號，所述第一中頻信號經過濾波和放大後， 輸入第二中頻混頻器352，所述第二中頻混頻器352與第二本振源33固定差頻出頻率為 229. 7MHz的第二中頻信號，所述第二中頻信號經過濾波後，輸入第三中頻混頻器353，第三 中頻混頻器353與第三本振源34固定差頻出頻率為10. 7MHz的中頻信號；所述前端單元3 還包括數字時鐘源36，根據根據前端控制器31的控制指令，輸出61. 44MHz的時鐘信號，此 外，前端控制器31也提供100MHz的自檢信號作為頻率校準信號。 參見圖1，所述數字處理單元4包括作為自動增益電路大範圍可變增益放大器 (AGC)41 、A/D轉換模塊42、現場可編程門陣列(FPGA)43和數位訊號處理器(DSP)44，所述大 範圍可變增益放大器(AGC)41對前端單元3輸出的中頻信號進行放大，並經過一抗混疊濾 波器(ADC)45濾波後輸入A/D轉換模塊42進行模數轉換，輸出寬帶數位訊號；考慮到信號 處理的實時性和快速性，本實施例採用軟體無線電技術，通過現場可編程門陣列(FPGA)43 和數位訊號處理器(DSP)44實現數字下變頻處理、抽取濾波處理、快速傅立葉變換(FFT)處 理和模擬解調處理，本實施例選取了 CycloneIII系列型號為3C120F780C8的FPGA，該器件 資源豐富，具有12萬門的LE，片內存儲器接近4Mbit，並且具有576個DSP單元。另外該器 件功耗低，滿足設計要求，在現場可編程門陣列(FPGA)43中設置以下模塊 數字數字下變頻處理(DDC)模塊，將A/D轉換模塊轉換輸出的數字中頻信號進行 數字下變頻處理，轉換為正交的IQ零中頻信號，由於採用軟體設計，因此設計靈活，更改方 便； 抽取濾波處理模塊，經過數字下變頻處理後的數據速率較高，不滿足頻譜顯示要 求，因此要經過多級抽取濾波器進行抽取濾波，抽取濾波器最大抽取倍數15000倍，以滿足
6頻譜顯示需求； 快速傅立葉變換處理模塊，對抽取濾波後的信號進行快速傅立葉變換，輸出到顯 示器進行頻譜顯示；以及 解調和音頻濾波處理模塊，接收抽取濾波後的信號進行解調和音頻濾波；本實施 例考慮到需要頻譜顯示和解調同時進行，因此，對信號的解調和音頻濾波也採用FPGA完 成，解調方式有AM、FM、CW、USB、LSB、PULSE等方式，然後根據音頻帶寬經過數字濾波器送入 後級音頻放大器。 所述A/D轉換模塊42的作用是將模擬信號轉換成數位訊號，由A/D轉換晶片實 現。根據奈奎斯特採樣定理，採樣率fs必須大於信號帶寬BW的兩倍，即fs > 2BW。本設計 中頻率範圍為5. 7MHz 15. 7MHz (中心頻率10. 7MHz)，因此選擇A/D晶片的最高採樣率必 須大於31. 4MHz。A/D轉換後理想的信噪比表達式為SNR = 6. 02*n+l. 76dB+101g[fs/2BW]， 式中SNR為信噪比，n為A/D轉換器的轉換位數，fs為採樣率，BW為輸入模擬信號帶寬。根 據公式可知如果要得到較大的動態範圍(> 70dB)，就需要選擇12bit或者大於12bit的 A/D轉換器。另外由公式還可以發現由於中頻輸入帶寬BW是不可變的，要提高SNR還可以 增大A/D轉換器的採樣率fs。結合上述因素本方案選擇了 ADI公司生產的AD9245-80。具 體指標n為14bit，最高採樣率80Msps。在80Msps採樣率下，信噪比可達72. 7dBc，動態範 圍可達92. 06dBc，而功耗最大才366mW。 所述數位訊號處理器(DSP) 44作為FPGA的協處理器，完成部分ITU的測試功能， 包括模擬調製方式的自動識別，FM調製頻偏的測量，AM調幅信號的調製度的測量，以及 3dB，6dB和26dB帶寬的測量。DSP在接收到指標測試或解調方式為開時，接收由FPGA發送 過來的IQ數據和FFT數據。DSP對IQ數據通過運算，根據瞬時幅度譜密度最大值，瞬時相 位非線性分量絕對值的標準偏差，譜對稱性等特徵值確定接收到的信號的調製方式。然後 根據判決出來的調製方式如果是FM就計算頻偏，如果是AM計算調製度，再利用FFT信息計 算3種帶寬，最後處理顯示。 本實施例中各單元模塊的控制可通過數字處理單元4完成，也可單獨設置一 ARM 主控制器6來實現，各單元模塊通過匯流板7，以總線模式與ARM主控制器6實現數據交換， 在主控制器6內，設置有總線控制器61和語音模塊62。 本實施例的可攜式寬帶數字接收機頻率範圍可達到100kHz 3. 6GHz ;鏡頻 抑制> 75dB，典型值90dB ;中頻抑制> 90dB，典型值100dB ;射頻信號輸入線性動態範 圍-120dBm OdBm ;掃描速度優於6GHz/s ;此外由於採用集成化、模塊化設計，體積較小 (314 X 220 X 125mm3)，重量輕(小於5. 5kg)，可作為可攜式可攜式寬帶數字接收機使用，提 供RS232、網口 、 USB等接口 ，可與上位機或其它設備交換數據。 以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並不用於限制本實用新型，顯然，本領域 的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的技術思想和方 案範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術 的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於包括第一天線口、預選器單元、前端單元和數字處理單元，所述第一天線口、預選器單元、前端單元和數字處理單元依次電連接，所述第一天線接口與預選器單元通過射頻電纜電連接，所述預選器單元將從天線接收的寬帶信號進行選擇性濾波和低噪聲放大後輸出到前端單元，所述前端單元將接收的信號轉換為中頻信號並輸出到數字處理單元進行數位化處理，所述預選器單元中還包括一衰減電路，所述數字處理單元中還包括一自動增益電路。
2. 如權利要求1所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述預選器單元包括第 一開關矩陣電路、第二開關矩陣電路、至少1個子頻段濾波器、至少1個放大器、低通濾波器 以及固定衰減片，所述子頻段濾波器和固定衰減片並聯設置在第一開關矩陣電路和第二開 關矩陣電路之間，所述子頻段濾波器與第二開關矩陣電路之間還設置有放大器，所述第一 開關矩陣電路的輸入端與天線接口電連接，所述第二開關矩陣電路的輸出端與低通濾波器 的輸入端電連接。
3. 如權利要求1所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述前端單元包括前端 控制器、第一本振源、第二本振源、第三本振源和中頻模塊，所述前端控制器的輸出端分別 與第一本振源、第二本振源、第三本振源和中頻模塊的控制輸入端電連接，所述中頻模塊包 括依次電連接的第一中頻混頻器、第二中頻混頻器和第三中頻混頻器，每兩個中頻混頻器 之間還設置有濾波器和放大器，所述第一本振源、第二本振源和第三本振源的本振信號輸 出端分別與第一中頻混頻器、第二中頻混頻器和第三中頻混頻器的本振信號輸入端電連 接。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述數字 處理單元包括依次電連接的大範圍可變增益放大器、A/D轉換模塊和現場可編程門陣列，所 述大範圍可變增益放大器的信號輸入端與前端單元的信號輸出端電連接。
5. 如權利要求4所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述可攜式寬帶數字接 收機還包括數位訊號處理器，所述數位訊號處理器與現場可編程門陣列電連接。
6. 如權利要求4所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於還包括主控制單元，所述 主控制單元與現場可編程門陣列電連接。
7. 如權利要求6所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述可攜式寬帶數字接 收機還包括顯示器，所述顯示器的頻譜輸入端與主控制單元的頻譜輸出端電連接。
8. 如權利要求7所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述可攜式寬帶數字接 收機還包括語音模塊，所述語音模塊的語音信號輸入端與主控制單元的語音信號輸出端電 連接。
9. 如權利要求8中所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述可攜式寬帶數字 接收機還包括前面板，所述顯示器和語音模塊設置於前面板上，所述前面板上還設置有輸 入裝置、第一天線口和音頻輸出口，所述輸入裝置與主控制單元電連接，所述第一天線口與 預選器單元的信號輸入端電連接，所述音頻輸出口與語音模塊的語音信號輸出端電連接。
10. 如權利要求6中所述的可攜式寬帶數字接收機，其特徵在於所述可攜式寬帶數字接收機還包括後面板，所述後面板上設置有LAN 口 、 USB 口 、電源輸入口 、 RS232接口 、中頻 信號輸出接口、第二天線接口、第三天線口和天線選擇開關，所述LAN 口、USB 口和RS232接 口與主控制單元的信號輸出端連接，所述中頻信號輸出接口與前端單元的信號輸出端電連接，所述第二天線接口和第三天線口與預選器單元的信號輸入端電連接。
專利摘要本實用新型提供一種可攜式寬帶數字接收機，能對接收的信號進行預選濾波和低噪聲放大，結合內部衰減電路和自動增益電路，能有效提升接收信號動態範圍；本實用新型的目的是這樣實現的可攜式寬帶數字接收機，包括第一天線口、預選器單元、前端單元和數字處理單元，所述第一天線口、預選器單元、前端單元和數字處理單元依次電連接，所述第一天線接口與預選器單元通過射頻電纜電連接，所述預選器單元將從天線接收的寬帶信號進行選擇性濾波和低噪聲放大後輸出到前端單元，所述前端單元將接收的信號轉換為中頻信號並輸出到數字處理單元進行數位化處理，所述預選器單元中還包括一衰減電路，所述數字處理單元中還包括一自動增益電路。
文檔編號H04B17/00GK201467459SQ20092012818
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月27日 優先權日2009年7月27日
發明者盧禮, 謝小龍, 陳琳, 雍雪峰, 馬雲飛 申請人:重慶華偉工業(集團)有限責任公司