CN106506039B - 一种短波预后选器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短波预后选器控制系统，其包括单片机控制电路、收发转换电路、波段转换电路、跳频滤波器、译码器、宽带低噪声放大器和收保护电路；单片机控制电路分别电连接外置短波电台主控制电路、收发转换电路、波段转换电路、跳频滤波器和译码器；收发转换电路包括第一、第二、第三和第四收发转换电路；波段转换电路包括第一和第二波段转换电路；跳频滤波器包括第一和第二跳频滤波器；译码器电连接单片机控制电路并通过继电器分别对应连接第一和第二跳频滤波器；收保护电路电连接预选器射频输入端，同时与第三收发转换电路电连接。本发明结构设计简单，使用稳定，抗干扰能力强，控制简单，跳频速度快，功耗低，底部噪声小。

Description

一种短波预后选器控制系统

技术领域

本发明属于数字调谐跳频技术领域，尤其涉及一种短波预后选器控制系统。

背景技术

随着跳频技术的发展，短波预后选器被广泛应用于军事通信系统中，它对通带内频率呈现匹配传输，对阻带内频率失配而进行反射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。短波预选器一般接在电台天线开关和射频放大器之间，主要用于提高接收机的选择性，预选器能有效地抑制带外干扰，使接收机的电场辐射敏感度等指标提高和改善，确保接收机在复杂电磁环境中能正常工作。短波后选器一般接在发射机功放前端，主要作用是提高射频信号的纯度，抑制发信时射频单元产生的无用杂波信号，从而提高电台的杂波抑制等指标。

现有的短波预后选器采用的跳频滤波器中存储器故障率高，造成原因说明如下：

现有预后选器控制电路设计方案：其控制电路功能之一是控制跳频滤波器中的存储器，如图3所示，存储器用于接收单片机控制电路的输出信号，根据这个控制指令调用内部特定中心频率点数据，输出12位或11位谐振电路控制码信号，谐振电路控制信号经过PIN二极管高压驱动器反相，再控制PIN二极管电容阵列中的电容是否接入谐振电路组成谐振回路，谐振回路用于选择短波射频信号。

单片机内的程序是不变的，而且擦除写入程序可以在线操作；跳频滤波器中的存储器的程序，因为不同的跳频滤波器中所选择的PIN二极管电容阵列中的电容存在差异，所以这部分程序是不固定的；存储器I/O口为并行方式，擦除写入程序引脚接入多，不适合在线操作；谐振电路中电容器和电感线圈的误差造成跳频滤波器谐振电路控制码一致性差，生产工艺过程是先以开关形式模拟存储器控制码，在矢量网络分析仪上测试幅频特性指标，找到最佳谐振电路控制码，至少测试30个关键频率谐振码，部分频率谐振码是需要修正的，也就是不同的跳频滤波器控制程序是不一样的，这就决定了跳频滤波器生产工艺为：装焊谐振电路和高压驱动器电路→电检测、校对谐振电路控制码→存储器注入程序→装焊存储器→电检测、校对谐振电路接入的正确性→清理装配好的印制板。

跳频滤波器用存储器注入程序后，才能装焊，就是不能在线写入程序，一旦个别频率点出现偏差，需要将存储器从印制板上拆焊，再在专用擦写工具上重新写入程序，再装焊。

存储器封装为：贴片，引脚多且密集，引脚间距0.5mm，由于上诉工艺流程，决定靠手工焊接技术来装配，对焊接工技能要求高。

综上所述，跳频滤波器电路设计方案导致生产工艺过程繁琐、反复，造成存储器故障率提高，影响了短波预后选器的可靠性，也就影响到所配置的通信设备可靠性，改变预后选器控制电路设计方案，采取去掉跳频滤波器中的存储器的方法可以大大提高短波电台可靠性。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种硬件电路简单、生产工序简化，随时可以在线修改程序，提高产品可靠性，具有结构合理，使用稳定，抗干扰能力强，成本低，控制简单，跳频速度快，功耗低，底部噪声小等优点的短波预后选器控制系统。

本发明的技术方案如下：

上述的短波预后选器控制系统，包括单片机控制电路、收发转换电路、波段转换电路、跳频滤波器、译码器、宽带低噪声放大器和收保护电路；所述短波预后选器控制系统安装于金属导热材料的壳体内；所述单片机控制电路与外置短波电台主控制电路电连接，所述单片机控制电路还分别电连接所述收发转换电路、波段转换电路、跳频滤波器和译码器；所述单片机控制电路还设有Flash存储器；所述收发转换电路包括第一收发转换电路、第二收发转换电路、第三收发转换电路和第四收发转换电路；所述第一收发转换电路电连接后选器射频输入端和预选器射频输出端；所述第二收发转换电路分别电连接所述第三收发转换电路和第四收发转换电路；所述第三收发转换电路连接于所述宽带低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的输出端连接于所述第四收发转换电路；所述第四收发转换电路还电连接后选器射频输出端；所述波段转换电路包括第一波段转换电路和第二波段转换电路；所述第一波段转换电路与第二波段转换电路之间连接有衰减器；所述第一波段转换电路与所述第一收发转换电路双向电连接；所述第二波段转换电路双向电连接所述第二收发转换电路；所述跳频滤波器包括第一跳频滤波器和第二跳频滤波器；所述第一跳频滤波器和第二跳频滤波器均是由PIN二极管高压驱动电路和谐振电路组成；所述第一跳频滤波器双向电连接所述第一波段转换电路并通过所述衰减器电连接所述第二跳频滤波器；所述第二跳频滤波器双向电连接所述第二波段转换电路；所述第一跳频滤波器与所述第一波段转换电路之间还连接有均衡器；所述译码器电连接所述单片机控制电路并通过继电器分别对应连接所述第一跳频滤波器和第二跳频滤波器；所述收保护电路电连接预选器射频输入端，同时与所述第三收发转换电路电连接。

所述短波预后选器控制系统，其中：所述PIN二极管高压驱动电路用于接收所述单片机控制电路的输出信号并进行反相输出，以控制所述谐振电路接入谐振回路或不接入谐振回路；所述谐振电路用于选择射频信号，将特定频率点的有用信号输出并将无用信号抑制。

所述短波预后选器控制系统，其中：所述单片机控制电路接收由外置短波电台主控制单元发送的串行数据指令并转换成16位并行控制码指令；所述单片机控制电路通过12位谐振控制码来控制所述跳频滤波器，通过2位频率波段控制码来控制所述波段转换电路和译码器，通过2位收发控制码来控制所述收发转换电路，以实现对不同频率点载波信号的传输并对有用信号的载波频率进行切换。

所述短波预后选器控制系统，其中：所述第一跳频滤波器和第二跳频滤波器接收到所述谐振控制码指令后，其内部的所述PIN二极管高压驱动器将所述谐振控制码反相成28V高电平或0.8V低电平，高电平选择所述谐振电路使其接入谐振回路，低电平选择所述谐振电路使其不能接入谐振回路。

所述短波预后选器控制系统，其中：所述单片机控制电路采用的是ARM7内核单片机。

所述短波预后选器控制系统，其中：所述第四收发转换电路为功率型收发转换电路。

所述短波预后选器控制系统，其中：所述第一波段转换电路和第二波段转换均用于射频通道的选择，以分别控制相应所述跳频滤波器各个频段的射频通道以及短波预后选器射频输入与输出的直通功能。

有益效果：

本发明短波预后选器控制系统结构设计合理，与现存技术相比，单片机控制电路采用单片机LPC2194HBD6，LPC2194是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU，并带有256字节(kB)嵌入的高速Flash存储器，可以将跳频滤波器的谐振电路控制码存入该高速Flash存储器中，而不需要另外增加存储芯片；A/D转换器转换时间低至2.44μs，保证了短波预后选器跳频速度；I/O口可以承受5V电压，高电平输出电流最小-4mA，低电平输出电流最小4mA，不需要另加驱动电路，可以直接控制PIN二极管高压驱动电路，优化了控制方式，提高了短波预后选器的可靠性和跳频速度；模拟电路部分由跳频滤波器的谐振电路、低噪声放大电路和转换电路组成，主要用于选择谐振频率和放大射频信号，将有用频率信号放大输出，将无用信号充分抑制。

同时，采用低噪声放大器提高了短波预后选器的输出幅度，对于预选器，低噪声放大先对接收的射频信号进行放大，再经过两级跳频滤波器的滤波，而后选器先经过两级跳频滤波器的滤波后，再对射频信号进行放大，具有大动态、高增益、低噪声的特点；收保护电路能够保护低噪声放大器不易损坏；预选器和后选器公用低噪声放大器，避免了低噪声放大器的损坏，也降低了成本；同时，采用了均衡器，改善了短波预后选器在全频段内的增益平坦度；采用译码器和继电器来分别控制短波预后选器各个波段的工作电源，降低了短波预后选器的功耗，减小了各频段之间的干扰；外置短波电台主控制单元发送串行数据指令给单片机控制电路，单片机控制电路转换成16位并行码指令，分别由12位谐振电路控制码控制跳频滤波器、由2位频率波段控制码控制波段转换电路、由2位收发控制码控制收发转换电路，实现对不同频率点载波信号的传输，并迅速对有用信号的载波频率进行切换，提高了短波电台抗干扰能力。再则，本发明短波预后选器控制系统安装于一个金属导热材料的壳体内，从而使得短波预后选器具有良好的接地和导热性能，并能减小内部电子元件之间的电磁干扰。

附图说明

图1为本发明短波预后选器控制系统原理方框图；

图2为本发明短波预后选器控制系统内部跳频滤波器原理方框图；

图3为原短波预后选器控制系统内部跳频滤波器原理方框图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明短波预后选器控制系统，安装于金属导热材料的壳体内且包括单片机控制电路1、收发转换电路2、波段转换电路3、跳频滤波器4、译码器5、宽带低噪声放大器6、收保护电路7、衰减器8、继电器9和均衡器10。

该单片机控制电路1与外置短波电台主控制电路电连接，该单片机控制电路1还分别电连接收发转换电路2、波段转换电路3、跳频滤波器4和译码器5；其中，该单片机控制电路1接收由短波电台主控制单元发送的串行数据指令并转换成16位并行控制码指令；该单片机控制电路1通过12位谐振控制码来控制跳频滤波器4，通过2位频率波段控制码来控制波段转换电路3和译码器5，由2位收发控制码来控制收发转换电路2，以实现对不同频率点载波信号的传输并迅速对有用信号的载波频率进行切换，以提高短波电台抗干扰能力。该单片机控制电路1为ARM7内核单片机，其内部设有256kB嵌入的高速Flash存储器，接收到外置短波电台主控制电路的串行控制命令后，将串行数据指令转换成16位并行码A0～A15，其中A0～A11为谐振电路控制码，A12、A13为频率波段控制码，A14、A15为收发控制码。

该收发转换电路2用于收通道和发通道的选择，其包括第一收发转换电路21、第二收发转换电路22、第三收发转换电路23和第四收发转换电路24；该第一收发转换电路21、第二收发转换电路22和第三收发转换电路23结构相同；该第四收发转换电路24结构与其它三个收发转换电路结构区别在于，其为功率型收发转换电路结构。

该波段转换电路3包括第一波段转换电路31和第二波段转换电路32；其中，该第一波段转换电路31和第二波段转换电路32结构相同，用于射频通道的选择，分别控制相应跳频滤波器4各个频段的射频通道以及短波预后选器射频输入与输出的直通功能；该第一波段转换电路31与第二波段转换电路32之间也连接有衰减器8。

该跳频滤波器4包括第一跳频滤波器41和第二跳频滤波器42；其中，如图2所示，该第一跳频滤波器41和第二跳频滤波器42结构相同，均是由PIN二极管高压驱动电路和谐振电路组成，该PIN二极管高压驱动电路用于接收单片机控制电路1的输出信号，经PIN二极管高压驱动电路12反相，输出直接控制谐振电路，使其接入谐振回路或不能接入谐振回路；该谐振电路用于选择射频信号，将特定频率点的有用信号输出并将无用信号抑制。

该译码器5和继电器9用于电源切换，分别控制跳频滤波器4各个频段的工作电源；其中，该译码器5电连接该单片机控制电路1并通过三个并联的继电器9分别对应连接第一跳频滤波器41和第二跳频滤波器42。

该宽带低噪声放大器6连接于收发转换电路2的第三收发转换电路23与第四收发转换电路24之间。

该收保护电路7用于保护预选器中的宽带低噪声放大器6，其电连接预选器射频输入端，同时与收发转换电路2的第三收发转换电路23电连接。

该第一收发转换电路21电连接后选器射频输入端和预选器射频输出端，同时还双向电连接该第一波段转换电路31；该第一跳频滤波器41双向电连接该第一波段转换电路31并通过并行的多个衰减器8电连接该第二跳频滤波器42；该第二跳频滤波器42双向电连接该第二波段转换电路32；该第二波段转换电路32双向连接于该第二收发转换电路22；该第二收发转换电路22还分别电连接该第三收发转换电路23和第四收发转换电路24；该第三收发转换电路23连接于宽带低噪声放大器6的输入端，该低噪声放大器6的输出端连接于该第四收发转换电路24；该第四收发转换电路还电连接后选器射频输出端；该第一波段转换电路31与该第一跳频滤波器41之间还连接有均衡器10，该均衡器10用于改善短波预后选器在全频段内的增益平坦度；该第一波段转换电路31与第二波段转换电路32之间也连接有衰减器8。

该第一跳频滤波器41和第二跳频滤波器42由单片机控制电路1的谐振控制码A0～A11控制，即第一跳频滤波器41和第二跳频滤波器42接收到谐振控制码指令后，其内部的PIN二极管高压驱动器将谐振控制码反相成高电平约28V或低电平约0.8V，高电平选择谐振电路使其接入谐振回路，低电平选择谐振电路使其不能接入谐振回路。该第一波段转换电路31、第二波段转换电路32和译码器5由单片机控制电路1的频率波段控制码A12、A13控制；继电器9由译码器5输出码控制；第一波段转换电路31和第二波段转换电路32选通所需频段的射频通路，继电器9为所需频段提供工作电源。该第一收发转换电路21、第二收发转换电路22、第三收发转换电路23和第四收发转换电路24由单片机控制电路1的收发控制码A14、A15控制。

当单片机控制电路1的频率波段控制码A12、A13同为低电平时，波段转换电路3选通2MHz～3.9999MHz工作，继电器9为2MHz～3.9999MHz提供电源；当频率波段控制码A12为高电平，A13为低电平时，波段转换电路选通4MHz～9.9999MHz工作，继电器9为4MHz～9.9999MHz提供电源；当频率波段控制码A12为低电平，A13为高电平时，波段转换电路选通10MHz～30MHz工作，继电器9为10MHz～30MHz提供电源；当频率波段控制码A12、A13同为高电平时，射频输入与输出直通。第一收发转换电路21、第二收发转换电路22、第三收发转换电路23和第四收发转换电路24选通预后选器所需射频通路，当单片机控制电路1的收发控制码A14为低电平，A15为高电平时，收发转换电路2选通后选器工作，当收发控制码A14为高电平，A15为低电平时，收发转换电路2选通预选器工作。

本发明的短波后选器工作路线如下：

如图1所示，本发明后选器的射频输入接该第一收发转换电路21的发输入端，该第一收发转换电路21的输出接该第一波段转换电路31，经该第一跳频滤波器41，由第一跳频滤波器41的输出通过并行的多个衰减器8分别对应接入到该第二跳频滤波器42，该译码器5的输出经三个并联的继电器9后分别对应接该第一跳频滤波器41和第二跳频滤波器42，该第二跳频滤波器42的输出经该第二波段转换电路32、第二收发转换电路22的发通道和第三收发转换电路23的发通道，该第三收发转换电路23的输出接至该宽带低噪声放大器6的输入，该低噪声放大器6的输出接该第四收发转换电路24，该第四收发转换电路24的发输出接该后选器的射频输出端，至此完成后选器的工作。

本发明的短波预选器工作路线如下：

如图1所示，本发明预选器的射频输入接收保护电路7，经第三收发转换电路23的收通道并由第三收发转换电路23的输出接至宽带低噪声放大器6的输入，低噪声放大器6的输出经第四收发转换电路24的收通道、第二收发转换电路22的收通道，由第二收发转换电路22的输出经第二波段转换电路32、第二跳频滤波器42，由第二跳频滤波器42的输出通过并行的多个衰减器8分别对应接入到第一跳频滤波器41，译码器5的输出经三个并联的继电器9后分别对应接第二跳频滤波器42和第一跳频滤波器41，第一跳频滤波器41的输出经第一波段转换电路31接至第一收发转换电路21，第一收发转换电路21的收输出接预选器的射频输出端，至此完成预选器的工作。

本发明短波预后选器控制系统结构设计合理，采用金属导热材料的壳体装配短波预后选器控制系统，具有良好的接地和导热性能，并能减小内部电子元件之间的电磁干扰；同时，经过测试与使用，产品可靠性高，跳频速度快，功耗低，噪声小，频率选择性好，工作稳定可靠，能有效提高短波电台的技术指标和电磁兼容能力。

Claims (7)

1.一种短波预后选器控制系统，包括单片机控制电路、收发转换电路、波段转换电路、跳频滤波器、译码器、宽带低噪声放大器和收保护电路；其特征在于：所述短波预后选器控制系统安装于金属导热材料的壳体内；

所述单片机控制电路与外置短波电台主控制电路电连接，所述单片机控制电路还分别电连接所述收发转换电路、波段转换电路、跳频滤波器和译码器；所述单片机控制电路还设有Flash存储器；

所述收发转换电路包括第一收发转换电路、第二收发转换电路、第三收发转换电路和第四收发转换电路；所述第一收发转换电路电连接后选器射频输入端和预选器射频输出端；所述第二收发转换电路分别电连接所述第三收发转换电路和第四收发转换电路；所述第三收发转换电路连接于所述宽带低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的输出端连接于所述第四收发转换电路；所述第四收发转换电路还电连接后选器射频输出端；

所述波段转换电路包括第一波段转换电路和第二波段转换电路；所述第一波段转换电路与第二波段转换电路之间连接有衰减器；所述第一波段转换电路与所述第一收发转换电路双向电连接；所述第二波段转换电路双向电连接所述第二收发转换电路；

所述跳频滤波器包括第一跳频滤波器和第二跳频滤波器；所述第一跳频滤波器和第二跳频滤波器均是由PIN二极管高压驱动电路和谐振电路组成；所述第一跳频滤波器双向电连接所述第一波段转换电路并通过所述衰减器电连接所述第二跳频滤波器；所述第二跳频滤波器双向电连接所述第二波段转换电路；所述第一跳频滤波器与所述第一波段转换电路之间还连接有均衡器；

所述译码器电连接所述单片机控制电路并通过继电器分别对应连接所述第一跳频滤波器和第二跳频滤波器；

所述收保护电路电连接预选器射频输入端，同时与所述第三收发转换电路电连接。

2.如权利要求1所述的短波预后选器控制系统，其特征在于：所述PIN二极管高压驱动电路用于接收所述单片机控制电路的输出信号并进行反相输出，以控制所述谐振电路接入谐振回路或不接入谐振回路；所述谐振电路用于选择射频信号，将特定频率点的有用信号输出并将无用信号抑制。

3.如权利要求2所述的短波预后选器控制系统，其特征在于：所述单片机控制电路接收由外置短波电台主控制单元发送的串行数据指令并转换成16位并行控制码指令；所述单片机控制电路通过12位谐振控制码来控制所述跳频滤波器，通过2位频率波段控制码来控制所述波段转换电路和译码器，通过2位收发控制码来控制所述收发转换电路，以实现对不同频率点载波信号的传输并对有用信号的载波频率进行切换。

4.如权利要求3所述的短波预后选器控制系统，其特征在于：所述第一跳频滤波器和第二跳频滤波器接收到所述谐振控制码指令后，其内部的所述PIN二极管高压驱动器将所述谐振控制码反相成28V高电平或0.8V低电平，高电平选择所述谐振电路使其接入谐振回路，低电平选择所述谐振电路使其不能接入谐振回路。

5.如权利要求1所述的短波预后选器控制系统，其特征在于：所述单片机控制电路采用的是ARM7内核单片机。

6.如权利要求1所述的短波预后选器控制系统，其特征在于：所述第四收发转换电路为功率型收发转换电路。

7.如权利要求1所述的短波预后选器控制系统，其特征在于：所述第一波段转换电路和第二波段转换均用于射频通道的选择，以分别控制相应所述跳频滤波器各个频段的射频通道以及短波预后选器射频输入与输出的直通功能。