CN205039806U - 射频直采短波宽带接收系统和装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了射频直采短波宽带接收系统，包括预选器单元、放大器单元和数字单元，所述预选器单元包括第一可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组，用于实现自动/手动增益控制、监测中心频率选择和监测带宽选择；所述放大器单元用于对信号进行放大；所述数字单元包括AD采样电路、FPGA和POWER_PC，用于实现信号的增益控制、AD采样和数据打包传输；信号依次进入可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组后再进入到所述放大器单元进行信号放大，然后再输入到AD采样电路、FPGA和POWER_PC，最后由所述POWER_PC将数据处理后通过网口传输到网络。本实用新型动态范围大、灵敏度高，抗失真性能好。

Description

射频直采短波宽带接收系统和装置

技术领域

本实用新型属于电子通讯技术和设备领域，具体涉及一种射频直采短波宽带接收系统和装置。

背景技术

短波通信技术是一种以短波形式进行信号传递的无线电通信技术。短波通信技术利用电离层反射可轻而易举的将信号传递至较远空间，其传播路径简单易行，安全可靠，因此被广泛应用于电信等领域。短波通讯技术原理相对简单，技术设备精巧，体积小，重量轻，机动灵活，具有较强的适应性，是山区、戈壁、海洋等缺乏中继设备区域理想的通信技术。

短波宽带接收机是利用短波通讯做成的接收设备，其可用于各各种短波监测站，实现对短波信号的监测和侦察，以作为短波通信频段选择的依据以及空间频谱管理的参考。

目前短波宽带接收机的形式主要有超外差和射频直采两种形式。超外差形式的优点是调谐频率较为准确，技术实现方式较为成熟；缺点是较难控制机内的杂散。射频直采形式的优点是其电路形式简单，机内杂散易于控制；缺点是对射频预选器的要求较高。

由以上分析可知目前短波宽带接收机存在的主要问题有：

1)无法在保证高灵敏度的情况下，依然有较好的抗失真性能；

2)较低的动态范围，无法保证在复杂电磁环境中的使用性能。

宽带接收机的主要指标是灵敏度、动态范围和输入二、三阶互调截点值。其中各项指标互相影响，例如，对于同样的射频电路，通过降低灵敏度的方式可以提高输入二、三阶互调截点值指标。所以目前的接收机大多有两种模式：低噪声模式和低失真模式。例如澳大利亚RADIXON公司的万瑞WR-G3xDDC短波接收模块。

由于两种模式不能共存，所以无法在保证较高灵敏度指标的情况下，依然有较好的抗失真性能。因此有待开发一种在保证较高灵敏度指标的情况下，依然有良好的抗失真性能的短波宽带系统和装置。

实用新型内容

本实用新型目的事克服现有技术的不足，提供一种灵敏度指标高、抗失真效果好的射频直采短波宽带接收系统和装置。

本实用新型的技术方案是：射频直采短波宽带接收系统，包括预选器单元、放大器单元和数字单元，其中，

所述预选器单元用于实现自动/手动增益控制、监测中心频率选择和监测带宽选择，其包括第一可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组；

所述放大器单元用于对信号进行放大；

所述数字单元包括AD采样电路、FPGA和POWER_PC，用于实现信号的增益控制、AD采样、采样率变换、FFT、数据打包以及传输功能；

天线输入的信号依次进入到所述预选器单元中的可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组后再进入到所述放大器单元进行信号放大，然后依次进入到所述数字单元的AD采样电路、FPGA和POWER_PC，最后所述POWER_PC将数据处理后通过网口传输到网络。

进一步地，所述放大器单元包括低噪声放大器，所述低噪声放大器输入端与所述低通滤波器组连接，输出端与所述AD采样电路连接。

进一步地，所述AD采样电路包括第二可控衰减器、驱动放大器和AD芯片，所述第二可控衰减器的输入端与所述低噪声放大器的输出端连接，输出端的信号依次进入所述驱动放大器和AD芯片内。

具体地，所述AD芯片采用LTC2217芯片，用于进行模数转换。

优选地，所述低噪声放大器采用平衡放大器设计，其增益11dB，输入三阶互调截点值32dBm，输入二阶互调截点值70dBm，噪声系数2dB。

优选地，所述驱动放大器采用LTC6401-14型号放大器。

进一步地，还包括电源单元，所述电源单元用于为所有单元提供电能。

进一步地，还包括时钟单元，所述时钟单元与所述数字单元连接，用于为所述数字单元提供时钟波形。

进一步地，还包括按键接口单元，所述按键接口单元与所述数字单元连接用于提供用户接口。

射频直采短波宽带接收装置，包括机箱，所述机箱内设置所述机箱内设置依次连接的所述预选器单元、放大器单元和数字单元；

所述机箱外壁上设置有电源按钮、指示灯和外围接口。

本实用新型的有益效果：本实用新型设置有依次连接的第一可控衰减器、高通滤波组、低通滤波组、低噪声放大器、第二可控衰减器和驱动放大器的高性能的射频通道和AD采样芯片实现了较大的动态范围、较高的灵敏度以及较强的抗失真性能。

附图说明

图1是本实用新型射频直采短波宽带接收系统的结构原理框图。

图2是本实用新型射频直采短波宽带接收系统中射频信道的原理框图。

图3是本实用新型中低噪声放大器电路原理图。

图4是本实用新型射频直采短波宽带接收装置的整体结构示意图。

图5-1是本实用新型应用场景1中接收到的信号为-125dBm时一般接收机灵敏度性能图。

图5-2是本实用新型应用场景1中接收到的信号为-125dBm时本实用新型灵敏度性能图。

图6-1是本实用新型应用场景2中一般接收机IIP2为50dBm、IIP3为15dBm时抗失真性能图。

图6-2是本实用新型应用场景2中本实用新型IIP2为70dBm以上、IIP3为22dBm时抗失真性能图。

图7-1是本实用新型应用场景3中一般接收机动态范围90dB时性能图。

图7-2是本实用新型应用场景3中本实用新型动态范围为100dB以上时性能图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明

如图1所示，射频直采短波宽带接收系统，包括预选器单元、放大器单元和数字单元，其中，所述预选器单元包括第一可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组，用于实现自动/手动增益控制、监测中心频率选择和监测带宽选择；所述放大器单元用于对信号进行放大；所述数字单元包括AD采样电路、FPGA和POWER_PC(由摩托罗拉公司和苹果公司联合开发的高性能32位和64位RISC微处理器系列)，用于实现信号的增益控制、AD采样、采样率变换、FFT、数据打包以及打包后传输到网络，所述FPGA还包括与其连接的外围电路，用于主要实现自动增益控制(AGC)功能、对信号的采样率变换、FFT(FastFourierTransformation，快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的)以及数据打包并通过PCIE接口将数据传输给POWER_PC，所述POWER_PC包括与其连接的外围电路，其主要用于将数据处理并打包后通过网口传输到网络，并提供用户远程界面用于参数配置和程序更新。

天线输入的信号依次进入到所述预选器单元中的可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组后再进入到所述放大器单元进行信号放大，然后依次进入到所述数字单元的AD采样电路、FPGA和POWER_PC，最后所述POWER_PC将数据处理后通过网口传输到网络。

具体地，所述放大器单元包括低噪声放大器，所述低噪声放大器输入端与所述低通滤波器组连接，输出端与所述AD采样电路连接。所述AD采样电路包括第二可控衰减器、驱动放大器和AD芯片，所述第二可控衰减器的输入端与所述噪声放大器的输出端连接，输出端的信号依次进入所述驱动放大器和AD芯片内。所述AD芯片采用LTC2217芯片，用于进行模数转换，该芯片的主要参数为：16bit输出，81.3dBFs噪声基底，100dB的无杂散动态范围，2.75V的电压输入范围。所述低噪声放大器采用平衡放大器设计，其增益11dB，输入三阶互调截点值32dBm，输入二阶互调截点值70dBm，噪声系数2dB。所述驱动放大器采用LTC6401-14型号放大器，其增益为14dB，IIP2为80dBm以上，IIP3为30dBm以上，噪声系数为8dB。

本实用新型还包括电源单元、时钟单元和按键接口单元。所述电源单元用于为所有单元提电能，其输出包括5V和12V的模拟和数字电压；所述时钟单元与所述数字单元连接，用于为所述数字单元提供时钟波形，频率为81.92MHz；所述按键接口单元与所述数字单元连接用于提供用户接口，包括按键、指示灯等。

具体地，如图2所示，依次连接的第一可控衰减器、高通滤波组、低通滤波组、低噪声放大器、第二可控衰减器和驱动放大器形成高性能的射频通道，所述射频通道配合所述AD采样芯片用于实现了动态范围大，灵敏度高，抗失真性能好的特点。其中，所述第一可控衰减器和第二可控衰减器用于保证前端输入信号幅度不超过所述AD采样芯片的饱和电平；所述高通滤波组和低通滤波组用于选择接受的频率范围；所述低噪声放大器和驱动放大器用于对信号进行放大；所述AD采样芯片用于进行模数转换。

如图3所示，所述低噪声放大器设计采用平衡放大器设计，由输入变压器、输出变压器及两部分相同的晶体管电路组成。其电路简单线性度高，可通过调整输入输出变压器匝数比来改变正向功率增益。输入变压器Tin由漆包线与双孔磁环构成，它将输入的非平衡信号转化为两路平衡信号分别送到输出变压器Tout的两个输入绕组然后再输入到两部分相同的晶体管电路。两部分相同的晶体管电路均由数个相同的单元电路并行连接而成。所述单元电路由一个NPN晶体三极管(如图3中的Q1)及外围器件(电阻、电容)组成。晶体三极管Q1按照共基极的基本组态连接电路，+1.9V的直流电压通过电阻Rb1、Re1为其基射极提供直流偏置，信号由晶体三极管的发射极输入，集电极输出；基极与发射极之间的晶体二极管V1起保护作用，避免晶体三极管在大信号输入时基射极被反向击穿。该单元电路的输出信号与其它单元电路(如晶体三极管Q3组成的单元电路)的输出信号合并输出至变压器Tout的输出绕组。+12V的直流电压通过输出变压器Tout为晶体三极管的集电极提供直流偏置。电路的信号输出端口Pout是输出变压器Tout的一个抽头，它与Tout的其它两个输出绕组构成自耦线圈。本放大电路采用变压器耦合共基A类放大结构，其增益主要由变压器变比决定，且与输入/输出阻抗关联度较低，易于调整。

如图4所示，射频直采短波宽带接收装置，包括机箱1，所述机箱1内设置有用于实现自动/手动增益控制、监测中心频率选择和监测带宽选择的预选器单元、用于信号放大的放大器单元和用于实现信号的增益控制、AD采样对信、采样率变换、FFT、数据打包以及打包后传输到网络的数字单元，所述预选器单元与所述放大器单元连接，所述放大器单元与所述数字单元连接。在所述机箱1外壁上设置有电源按钮2、指示灯3和外围接口4。

以下为本实用新型的几个具体应用实例。

场景1：信号较差的偏远地区

短波传输在远距离传输时主要依靠天波传输，即依靠大气电离层的反射进行传输，在某些偏远地区或电离层较差的地区，接收到的信号会较小(例如到-120dBm)以下，如果接收机的灵敏度不够高，就会导致无法发现信号。运用本实用新型后短波信号在接收-120dBm左右的信号时还能够保证12dB的信噪比，在该信噪比情况下，可以进行正常的音频接收、解调和分析处理。

如图5-1和5-2为灵敏度-115dBm(一般接收机水平)的接收机在接收到的信号为-125dBm时与本实用新型的灵敏度性能对比图：

由对比图可以看出，灵敏度越高，噪声基底越低，对于一般接收机已经检测不到的微弱信号，本实用新型还能够保证一定的信噪比，当输入电平为-125dBm时，信噪比为7dB。

场景2：城市、港口等电磁环境复杂的区域

不同于窄带接收机，宽带接收机在同一时间接收到的信号较多，若信号的能量也较高，则对接收机的抗失真性能是一个考验。例如同时有一个频率3MHz和一个频率4MHz的信号，在接收机中就会产生频率在1MHz、7MHz的两个二阶互调分量及2MHz、5MHz的两个三阶互调分量。如果接收机的抗失真性能不够，则会有很大概率出现信号的误检或漏检。

如图6-1和6-2为IIP2为50dBm、IIP3为15dBm(一般接收机水平)与本实用新型IIP2为70dBm以上、IIP3为22dBm时抗失真性能对比图。

由图可知，本实用新型具有较好的抗失真性，其可以保证在接收到多个大信号时，接收机自身产生的虚假信号尽量小，从而降低对信号误检和漏检的概率。

场景3：大功率短波发射台附近

若接收机附近有大功率短波发射台，发射的信号能量较强，且发射的信号在监测带宽之内，则接收机的动态范围越大，对小信号的检测能力就越强。

动态范围90dB(一般接收机水平)的接收机与动态范围为100dB以上的本实用新型产品动态范围对比见图7-1和图7-2，(假设其它指标相同)：

由图可知，当接收到-20dBm的大信号时，若动态范围为100dB，则还可以保证-120dBm左右的灵敏度，即灵敏度基本不恶化；若动态范围为90dB，则为了大信号不超出接收范围导致数据饱和，需要降低小信号的接收能力，即灵敏度降低到-110dBm，对于-120dBm的信号则无法检测。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.射频直采短波宽带接收系统，其特征在于，包括依次连接预选器单元、放大器单元和数字单元，其中，

所述预选器单元用于实现自动/手动增益控制、监测中心频率选择和监测带宽选择，其包括依次连接的第一可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组；

所述放大器单元用于对信号进行放大；

所述数字单元包括依次连接的AD采样电路、FPGA和POWER_PC，用于实现信号的增益控制、AD采样、采样率变换、FFT、数据打包以及打包后的传输功能；

天线输入的信号依次进入到所述预选器单元中的可控衰减器、高通滤波器组和低通滤波器组后再进入到所述放大器单元进行信号放大，然后依次进入到所述数字单元的AD采样电路、FPGA和POWER_PC，最后由所述POWER_PC将数据处理后通过网口传输到网络。

2.如权利要求1所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在，所述放大器单元包括低噪声放大器，所述低噪声放大器的输入端与所述低通滤波器组连接，所述低噪声放大器的输出端与所述AD采样电路连接。

3.如权利要求2所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在，所述AD采样电路包括依次连接的第二可控衰减器、驱动放大器和AD芯片，所述第二可控衰减器的输入端与所述低噪声放大器的输出端连接，输出端的信号依次进入所述驱动放大器和AD芯片内。

4.如权利要求3所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在，所述AD芯片采用LTC2217芯片，用于进行模数转换。

5.如权利要求2所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在，所述低噪声放大器采用平衡放大器设计，其增益11dB，输入三阶互调截点值32dBm，输入二阶互调截点值70dBm，噪声系数2dB。

6.如权利要求3所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在，所述驱动放大器采用LTC6401-14型号放大器。

7.如权利要求1所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在于，还包括电源单元，所述电源单元用于为所有单元提供电能。

8.如权利要求1所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在于，还包括时钟单元，所述时钟单元与所述数字单元连接，用于为所述数字单元提供时钟波形。

9.如权利要求1所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在于，还包括按键接口单元，所述按键接口单元与所述数字单元连接，用于提供用户接口。

10.射频直采短波宽带接收装置，包括权利要求1—9任一项所述的射频直采短波宽带接收系统，其特征在于，还包括机箱，所述机箱内设置依次连接的所述预选器单元、放大器单元和数字单元；

所述机箱外壁上设置有电源按钮、指示灯和外围接口。