CN106411339B - 基于直接频率变换的无线电监测接收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线电监测及测向技术领域，提供一种基于直接频率变换的无线电监测接收系统，以解决基于超外差式架构的射频前端的结构复杂、成本较高的问题，该系统包括天线A、射频前端、模数变换电路、后端信号处理电路、控制电路、无线传输电路和天线B。本发明提出的技术方案使用的器件总数量较少，无需使用成本较高的介质滤波器等器件，而且无需采用由大尺寸的微波射频分布参数元件构成的器件，因此本发明的体积较小，功耗较低。

Description

基于直接频率变换的无线电监测接收系统

技术领域

本发明属于无线电监测及测向技术领域，特别涉及一种基于直接频率变换的无线电监测接收系统。

背景技术

无线电监测接收系统是无线电监测技术设备方面最为重要的系统。目前，大多数的无线电监测与测向接收机都是采用基于超外差式架构的射频前端接收无线电信号，通过多级下变频将信号变换为十兆数量级的中频信号，然后将该中频信号送入模数变换部分进行后端的各种信号处理。由于基于超外差式架构的射频前端组成结构上的复杂性，导致需要有多个本振与多个滤波器组合用以完成信道的选择。这导致射频前端的集成程度比较低，同时系统的功耗与体积也会相当大，研发生产成本也相对比较高。

发明内容

【要解决的技术问题】

本发明的目的是提供一种基于直接频率变换的无线电监测接收系统，以解决基于超外差式架构的射频前端的结构复杂、成本较高的问题。

【技术方案】

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明涉及一种基于直接频率变换的无线电监测接收系统，包括天线A、射频前端、模数变换电路、后端信号处理电路、控制电路、无线传输电路和天线B，所述射频前端的输入端与天线A连接，所述射频前端与模数变换电路连接，所述模数变换电路的输出端与后端信号处理电路连接，所述控制电路分别与射频前端、模数变换电路、后端信号处理电路、无线传输电路连接，所述无线传输电路的输出端与天线B连接，所述控制电路包括数据缓存器和控制器。

作为一种优选的实施方式，所述射频前端包括射频输入保护电路、预选滤波器、低噪声放大器、二选一开关A、二选一开关B、放大器、解调器、基带滤波器、基带驱动放大器、混频器、变频本振、解调本振、模数变换电路采样时钟和晶体振荡器，所述射频输入保护电路的输入端与天线A连接，所述射频输入保护电路的输出端与预选滤波器连接，所述预选滤波器的输出端与低噪声放大器连接，所述低噪声放大器的输出端与二选一开关A的第一端连接，所述二选一开关A的第二端与二选一开关B的第二端连接，所述二选一开关A的第三端与混频器的输入端连接，所述混频器的输出端与二选一开关B的第三端连接，所述二选一开关B的第一端与放大器连接，所述放大器的输出端与解调器的输入端连接，所述解调器的输出端与基带滤波器连接，所述基带滤波器的输出端与基带驱动放大器连接，所述基带驱动放大器的输出端与模数变换电路连接，所述变频本振分别与混频器、模数变换器采样时钟、晶体振荡器连接，所述晶体振荡器与解调本振连接，所述解调本振与解调器连接。

作为另一种优选的实施方式，所述射频前端的基带驱动放大器的输出端与模数变换电路之间、模数变换电路采样时钟与模数变换电路之间均通过SMA-K接口连接。

作为另一种优选的实施方式，所述模数变换电路、后端信号处理电路分别通过PCI接口与控制电路连接。

作为另一种优选的实施方式，所述控制电路与无线传输电路通过LAN接口连接。

作为另一种优选的实施方式，所述控制电路与射频前端通过J30J-9ZKWP接口连接。

作为另一种优选的实施方式，所述控制电路内的数据缓存器为SRAM。

作为另一种优选的实施方式，所述控制电路内的控制器为ARM控制器。

作为另一种优选的实施方式，还包括为系统供电的电源模块，所述电源模块包括开关电源和线性稳压电源。

作为另一种优选的实施方式，所述电源模块与射频前端通过J30J-9ZKWP接口连接。

【有益效果】

本发明提出的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明采用不同于超外差式架构的直接频率变换架构，该架构使用的器件总数量较少，无需使用成本较高的介质滤波器等器件，而且无需采用由大尺寸的微波射频分布参数元件构成的器件，因此本发明的体积较小，功耗较低，在对续航能力要求较高的便携式、移动式的无线电监测设备以及依靠电池供电的无线电监测设备的应用领域方面具有独特优势。

(2)本发明采用基于直接频率变换架构的射频前端，与传统的直接频率变换架构相比，本发明通过增加可变频选择组件使得电路的工作频率范围不再受限于电路后端解调器件的频率范围，从而提高了射频前端的整体工作频率范围，使其能够在超宽频率范围的无线电监测领域得以应用。

附图说明

图1为本发明的实施例一提供的基于直接频率变换的无线电监测接收系统原理结构示意图。

图2为本发明的实施例一提供的基于直接频率变换的射频前端的原理结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1—天线A；2—射频前端；3—模数变换电路；4—后端信号处理电路；5—ARM控制电路；6—无线传输电路；7—天线B；21—射频输入保护电路；22—预选滤波器；23—低噪声放大器；24—二选一开关A；25—二选一开关B；26—放大器；27—解调器；28—基带滤波器；29—基带驱动放大器；30—混频器；31—变频本振；32—解调本振；33—模数变换器采样时钟；34—晶体振荡器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的基于直接频率变换的无线电监测接收系统原理结构示意图。如图1所示，该系统包括天线A1、射频前端2、模数变换电路3、后端信号处理电路4、ARM控制电路5、无线传输电路6、天线B7和电源系统。射频前端2的输入端与天线A1连接，射频前端2还与模数变换电路3连接，模数变换电路3的输出端与后端信号处理电路4连接，ARM控制电路5分别与射频前端2、模数变换电路3、后端信号处理电路4、无线传输电路6连接，无线传输电路6的输出端与天线B7连接。电源系统为系统的各个模块供电，电源系统包括低纹波参数的开关电源和低噪声参数的线性稳压电源。

本实施例中，ARM控制电路包括数据缓存器和控制器。具体地，数据缓存器采用SRAM，

图2为本发明的实施例一提供的基于直接频率变换的射频前端的原理结构示意图，如图2所示，射频前端2包括射频输入保护电路21、预选滤波器22、低噪声放大器23、二选一开关A24、二选一开关B25、放大器26、解调器27、基带滤波器28、基带驱动放大器29、混频器30、变频本振31、解调本振32、模数变换电路采样时钟33和晶体振荡器34。射频输入保护电路21的输入端与天线A1连接，射频输入保护电路21的输出端与预选滤波器22连接，预选滤波器22的输出端与低噪声放大器23连接，低噪声放大器23的输出端与二选一开关A24的第一端连接，二选一开关A24的第二端与二选一开关B25的第二端连接，二选一开关A24的第三端与混频器30的输入端连接，混频器30的输出端与二选一开关B25的第三端连接，二选一开关B25的第一端与放大器26连接，放大器26的输出端与解调器27的输入端连接，解调器27的输出端与基带滤波器28连接，基带滤波器28的输出端与基带驱动放大器29连接，基带驱动放大器29的输出端与模数变换电路3连接，变频本振31分别与混频器30、模数变换器采样时钟33、晶体振荡器34连接，晶体振荡器34与解调本振32连接，解调本振32与解调器27连接。

本实施例中，射频前端2主要完成10MHz～6000MHz的射频信号至基带信号的直接频率变换功能，具体地，射频前端2的工作原理为：天线A1接收的射频信号先经由射频输入保护电路21与预选滤波器22进行初步的射频信号保护与预选；随后通过低噪声放大器23对射频信号进行放大；紧随其后是由二选一开关24、二选一开关25与混频器30组成的可变频选择组件，该组件的作用是可选择地将输入的射频频率变换至后端解调器指标优化的工作频率范围内；之后又通过放大器26对信号进行一定的放大，再送入解调器27进行直接频率变换，将射频信号变换为基带信号；最后经过基带滤波器28与基带驱动放大器29将基带信号输出。本模块中的变频本振31与解调本振32均为锁相环频率合成方式。另外，本模块还可以产生模数变换电路3工作所用的采样时钟，该采样时钟与变频本振31与解调本振32锁相环的参考频率由同一个晶体振荡器34产生。

本实施例中，模数变换电路3、后端信号处理电路4分别通过PCI接口与ARM控制电路5连接，ARM控制电路5与无线传输电路6通过LAN接口连接，电源系统与射频前端2通过J30J-9ZKWP接口连接，射频前端2的基带驱动放大器的输出端与模数变换电路3之间、模数变换电路采样时钟与模数变换电路3之间均通过SMA-K接口连接。

本实施例中，模数变换电路3与后端信号处理电路4组成基带信号处理系统，其中基带信号处理系统工作原理为：基带信号经过模数变换电路3由模拟信号变换为数字信号，再进入后端信号处理电路4。后端信号处理电路4对数字信号先进行数字滤波处理，再通过PCI接口把该数据缓存至ARM控制电路5内部的SRAM中，后端信号处理电路4还负责与ARM控制电路5之间的通讯协议，ARM控制电路5的控制器通过ARM总线对后端信号处理电路的内部控制芯片进行配置，以及通过PCI接口读取缓存至SRAM中的数据。综合来看，基带信号处理系统一方面完成对基带信号的模数变换与数字滤波等处理，并缓存数据至SRAM；另一方面为ARM控制电路提供总线接口，以传输数据至ARM控制电路5。其中模数变换电路3与后端信号处理电路4采用同一时钟频率，以保证整个基带信号处理系统各个器件之间数据流的兼容性和工作协同性良好。

下面说明本实施例的工作原理。

天线A1接收10MHz～6000MHz频率范围的无线电信号，经过射频前端2转换为基带信号，基带信号经模数变换电路3由模拟信号变换为数字信号，后端信号处理电路4对经过模数变换后输出的数字信号进行滤波、数据缓存，按照相关通信协议对数据进行封装处理，ARM控制电路5对封装的数据进行相应配置后将监测数据传输至无线传输电路6中，然后将监测数据经过天线B7传输至远程监测中心。本实施例的接收系统由ARM控制电路5承担全面整体性的控制任务，其主要任务为初始化各个接口以及加载设备驱动，提供应用程序运行环境，实现多任务的调度管理。

从以上实施例可以看出，本发明实施例采用不同于超外差式架构的直接频率变换架构，该架构使用的器件总数量较少，无需使用成本较高的介质滤波器等器件，而且无需采用由大尺寸的微波射频分布参数元件构成的器件，因此本发明的体积较小，功耗较低，在对续航能力要求较高的便携式、移动式的无线电监测设备以及依靠电池供电的无线电监测设备的应用领域方面具有独特优势；另外，本发明实施例采用基于直接频率变换架构的射频前端，与传统的直接频率变换架构相比，本发明通过增加可变频选择组件使得电路的工作频率范围不再受限于电路后端解调器件的频率范围，从而提高了射频前端的整体工作频率范围，使其能够在超宽频率范围的无线电监测领域得以应用。

需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于包括天线A、射频前端、模数变换电路、后端信号处理电路、控制电路、无线传输电路和天线B，所述射频前端的输入端与天线A连接，所述射频前端与模数变换电路连接，所述模数变换电路的输出端与后端信号处理电路连接，所述控制电路分别与射频前端、模数变换电路、后端信号处理电路、无线传输电路连接，所述无线传输电路的输出端与天线B连接，所述控制电路包括数据缓存器和控制器，所述射频前端包括射频输入保护电路、预选滤波器、低噪声放大器、二选一开关A、二选一开关B、放大器、解调器、基带滤波器、基带驱动放大器、混频器、变频本振、解调本振、模数变换电路采样时钟和晶体振荡器，所述射频输入保护电路的输入端与天线A连接，所述射频输入保护电路的输出端与预选滤波器连接，所述预选滤波器的输出端与低噪声放大器连接，所述低噪声放大器的输出端与二选一开关A的第一端连接，所述二选一开关A的第二端与二选一开关B的第二端连接，所述二选一开关A的第三端与混频器的输入端连接，所述混频器的输出端与二选一开关B的第三端连接，所述二选一开关B的第一端与放大器连接，所述放大器的输出端与解调器的输入端连接，所述解调器的输出端与基带滤波器连接，所述基带滤波器的输出端与基带驱动放大器连接，所述基带驱动放大器的输出端与模数变换电路连接，所述变频本振分别与混频器、模数变换器采样时钟、晶体振荡器连接，所述晶体振荡器与解调本振连接，所述解调本振与解调器连接。

2.根据权利要求1所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于所述射频前端的基带驱动放大器的输出端与模数变换电路之间、模数变换电路采样时钟与模数变换电路之间均通过SMA-K接口连接。

3.根据权利要求1所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于所述模数变换电路、后端信号处理电路分别通过PCI接口与控制电路连接。

4.根据权利要求1所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于所述控制电路与无线传输电路通过LAN接口连接。

5.根据权利要求1所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于所述控制电路与射频前端通过J30J-9ZKWP接口连接。

6.根据权利要求1所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于所述控制电路内的数据缓存器为SRAM。

7.根据权利要求1至6中任一所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于所述控制电路内的控制器为ARM控制器。

8.根据权利要求1所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于还包括为系统供电的电源模块，所述电源模块包括开关电源和线性稳压电源。

9.根据权利要求8所述的基于直接频率变换的无线电监测接收系统，其特征在于所述电源模块与射频前端通过J30J-9ZKWP接口连接。