CN211791487U - 广播频谱扫描接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种广播频谱扫描接收机，设备可以完成中短波(500KHz～30MHz)及调频广播(88MHz～108MHz)频段的频谱扫描功能。通过开关切换实现射频输入至射频输出的直通或进行频谱扫描。设备由预选单元、第一级滤波单元、混频单元、第二级滤波单元、检波单元、本振单元、控制单元、电源单元八部分构成。通过锁相环产生的本振信号与外部的输入信号经过混频后，产生固定频率的中频信号，通过对中频信号检波、采样后获得外部信号的功率和频率。本装置具有扫描速度快、扫描精度高、抗干扰能力强、相噪好、体积小、使用灵活等特点。

Description

广播频谱扫描接收机

技术领域

本实用新型涉及中短波及调频广播监测领域，尤其涉及一种广播频谱扫描接收机，可对中短波及调频广播频段的信号进行接收和监测。

背景技术

随着我国广播电视事业和技术的快速发展，广播电视监测工作的重要地位日渐显现。广播电视监测工作是广播电视事业中的极为关键的重要基础性工作，与人民群众的精神文明生活息息相关。因此广播电视监测工作对维护空中电波秩序，加强广播事业管理，保证群众良好收听具有重要作用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是可以完成中短波(500KHz～30MHz) 及调频广播(88MHz～108MHz)频段的频谱扫描功能。通过开关切换实现射频输入至射频输出的直通或进行频谱扫描。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种广播频谱扫描接收装置，包括预选单元、第一级滤波单元、混频单元、第二级滤波单元、检波单元、本振单元和控制单元；预选单元的射频信号输入端口与外部设备相连，两路射频信号输出端口分别与外部设备和第一级滤波单元的射频信号输入端口对应相连；第一级滤波单元的射频信号输出端口与混频单元的射频信号输入端口相连；混频单元的本振信号输入端口与本振单元的本振信号输出端口相连，中频信号输出端口与第二级滤波单元的中频信号输入端口相连；第二级滤波单元的中频信号输出端口与检波单元的中频信号输入端口相连；检波单元的检波信号输出端口与控制单元的检波信号输入端口相连；控制单元的检波电压和指令通信端口与外部上位机相连，控制信号输出端口分别与第一级滤波单元、本振单元和第二级滤波单元的控制信号输入端口相连。

其中，预选单元包括第一滤波器、第一放大器以及功分器；第一滤波器的射频信号输入端口与外部设备相连，射频信号输出端口与第一放大器的射频信号输入端口相连，第一放大器的射频信号输出端口与功分器的射频信号输入端口相连，功分器的两路射频信号输出端口分别与外部设备和第一级滤波单元的射频信号输入端口对应相连。

其中，第一级滤波单元包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、AM滤波器和FM滤波器；第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的控制信号输入端口分别与控制单元的控制信号输出端口相连；第一单刀双掷开关的射频信号输入端口与预选单元的射频信号输出端口相连，中短波信号输出端口与AM滤波器的信号输入端口相连，调频信号输出端口与FM滤波器的信号输入端口相连；AM滤波器的中短波信号输出端口和FM滤波器的调频信号输出端口分别与第二单刀双掷开关的信号输入端口相连；第二单刀双掷开关的信号输出端口与混频单元的射频信号输入端口相连。

其中，混频单元包括混频器、第二放大器和第二滤波器；混频器的本振信号输入端口与本振单元的本振信号输出端口相连，射频信号输入端口与第一级滤波单元的射频信号输出端口相连，中频信号输出端口依次经第二放大器和第二滤波器与第二级滤波单元的中频信号输入端口相连。

其中，第二级滤波单元包括第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关、第一带通滤波器和第二带通滤波器；第三单刀双掷开关和第四单刀双掷开关的控制信号输入端口分别与控制单元的控制信号输出端口相连；第三单刀双掷开关的中频信号输入端口与混频单元的中频信号输出端口相连，中短波信号产生的中频信号输出端口与第一带通滤波器的信号输入端口相连，调频信号产生的中频信号输出端口与第二带通滤波器的信号输入端口相连；第一带通滤波器和第二带通滤波器的信号输出端口分别与第四单刀双掷开关的中频信号输入端口相连；第四单刀双掷开关的中频信号输出端口与检波单元的中频信号输入端口相连。

其中，检波单元包括第一检波器、第二检波器和第三放大器；第一检波器和第三放大器的中频信号输入端口分别与第二级滤波单元的中频信号输出端口相连；第三放大器的中频信号输出端口与第二检波器的中频信号输入端口相连；第一检波器和第二检波器的检波信号输出端口分别与控制单元的检波信号输入端口相连。

其中，本振单元包括参考晶振、VCO芯片、第三滤波器和第三放大器；参考晶振的时钟信号输出端口与VCO芯片的时钟信号输入端口相连；VCO芯片的控制信号输入端口与控制单元的控制信号输出端口相连，本振信号输出端口依次经第三滤波器和第三放大器与混频单元的本振信号输入端口相连。

其中，控制单元包括单片机、ADC芯片和通信模块；ADC芯片的检波信号输入端口与检波单元的检波信号输出端口相连，检波数字信号输出端口与单片机的检波数字信号输入端口相连，单片机的电压信号输出端口和指令控制信号输入端口分别经通信模块与上位机相连，控制信号输出端口分别与第一级滤波单元、第二级滤波单元和本振单元相连。

其中，采用屏蔽盒分腔结构，预选单元和第一级滤波单元设在一个腔室；混频单元设在一个腔室；第二级滤波单元和检波单元设在一个腔室；控制单元设在一个腔室；本振单元设在一个腔室。

本实用新型相比现有技术的优点为：

本实用新型具有扫描速度快、扫描精度高、抗干扰能力强、相噪好、体积小、使用灵活等特点。

附图说明

图1为本实用新型整体原理示意图；

图2为本实用新型预选单元原理示意图；

图3为本实用新型第一级滤波单元原理示意图；

图4为本实用新型混频单元原理示意图。

图5为本实用新型第二级滤波单元原理示意图。

图6为本实用新型检波单元原理示意图。

图7为本实用新型本振单元原理示意图。

图8为本实用新型控制单元原理示意图。

图9为本实用新型电源单元原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：

图1为本实用新型整体原理示意图；包括预选单元、第一级滤波单元、混频单元、第二级滤波单元、检波单元、本振单元、控制单元和电源单元；预选单元的射频信号输入端口接收外部设备(天线或其他信号输入源)的输入信号，信号经过滤波、放大后，通过内部功分器后分成两路输出，一路输出到设备外部，供其他设备使用，另一路输入到第一级滤波单元进行后续工作。信号经过第一级滤波单元的滤波后经过与本振单元输出的本振信号混频后，产生一个71MHz的中频信号，经过第二级滤波后进入检波单元，经过检波器后输出一个电压值，经过控制单元里的ADC进行模数转换后转换成数字量，单片机对数字量进行处理后，将其上报至上位机，上位机软件将数字量显示在相应的软件界面中，从而可以直观的看出某段频率的频谱图，同时上位机输出控制指令至控制单元里的单片机，控制第一级滤波单元、第二级滤波单元以及本振单元。

图2示意的预选单元可对输入的广播频段以外的干扰信号进行预处理。天线或其他信号源输入的射频信号过预选单元输入口进入第一滤波器，第一滤波器将108MHz(广播信号频率)以上的带外信号滤掉后，经过第一放大器进行放大后，通过功分器后分成两路输出，一路输出到设备外部，供其他设备使用，另一路输入到第一级滤波单元进行后续工作。由于滤波器、功分器对信号的功率有相应的插入损耗，因此中间加入一级放大器，这样可以保证输入的信号功率与输出到外部的信号功率一致，保证下一级设备的正常工作。

图3示意的第一级滤波单元对接收的广播信号进行进一步滤波处理。第一级滤波单元包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、 AM滤波器和FM滤波器。信号输入后首先经过一个单刀双掷(SPDT) 开关，将通道分成两路，一路处理中短波信号(AM)，通过一个500KHz～ 30MHz的AM滤波器将AM频段以外的信号抑制掉；另一路处理调频信号(FM)，通过一个88MHz～108MHz的FM滤波器将FM频段以外的信号抑制掉。滤波以后的信号经过第二个单刀双掷(SPDT)开关后输出。两个单刀双掷开关由控制单元发出的控制信号进行切换。

图4示意的混频单元对中短波(500KHz～30MHz)频段或调频广播(88MHz～108MHz)频段的信号进行混频处理。混频单元包括混频器、第二放大器和第二滤波器；经过第一级滤波单元的AM或FM信号输入到混频单元中混频器的射频入口，由本振单元产生的本振信号输入到混频器的本振入口。由射频信号和本振信号混频后产生一个 71MHz的中频信号，将中频信号进行放大后，通过一个滤波器进行滤波，将混频产生的无用的谐波信号进行滤除，并输出到下一级。

图5示意的第二级滤波单元对混频单元输出的中频信号进行滤波处理。第二级滤波单元包括第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关、第一带通滤波器和第二带通滤波器；由于AM和FM信号有着不同的带宽要求，因此要分别对其产生的中频信号进行滤波处理。信号输入后首先经过一个单刀双掷(SPDT)开关，将通道分成两路，一路处理中短波信号(AM)产生的71MHz中频信号，通过一个8KHz带宽的带通滤波器将带外信号抑制掉；另一路处理调频信号(FM)产生的71MHz 中频信号，通过一个230KHz带宽的带通滤波器将带外信号抑制掉。滤波以后的信号经过第二个单刀双掷(SPDT)开关后输出。两个单刀双掷开关由控制单元发出的控制信号进行切换。

图6示意的检波单元对第二级滤波单元处理后的信号进行检波处理。检波单元包括第一检波器、第二检波器和第三放大器；由于设备可接收-100dBm到0dBm的信号，动态范围超出了检波器的检波范围，因此采用两级检波的方式。输入的中频信号入第一检波器，第一检波器将信号的功率转换成电压值后输出，同时，输入的中频信号通过一级放大器进行放大后，输入到第二检波器中，第二检波器将信号的功率转换成电压值后输出。这样后级控制单元先采集第一检波器的信号，如果信号强度小于一定值，就会采集第二检波器的信号，并减去放大器的增益，这样就既能够保证采集信号的动态范围，也满足检波器的输入范围。

图7示意的控制单元对检波信号进行处理，并对其他单元进行逻辑控制。控制单元包括单片机、ADC芯片和通信模块；经过检波单元后的电压值输入到控制单元，ADC芯片将其转换成数字量后输入到单片机内，经过单片机处理后，通过通信模块转换成相应的电平后传输至上位机。上位机对单片机下发指令后，单片机对本振单元下发指令，使其产生需要的本振频率，并对两级滤波单元进行开关的操作，从而选通相应的通道。与上位机相连的通信模块可以灵活定义不同的电平形式，如RS232、RS422、网络端口连接，还可以通过无线通信模块实现与上位机的无线通信。

图8示意的本振单元可产生混频单元所需的本振信号。本振单元包括参考晶振、VCO芯片、第三滤波器和第三放大器；由控制单元的单片机对本振单元的VCO芯片下发指令，使其产生需要的本振频率，并对产生的本振信号进行滤波，将产生的谐波、杂波等无用信号滤除后，通过放大器进行放大，以达到混频器所需要的功率等级。本振信号由VCO芯片产生，具有锁定速度快、相噪好的特点，这样能够快速的扫描某一频段的信号，通过检波分析出其中的高功率信号的频率值。

图9示意的电源单元对外部输入的电压进行转换。设备的供电电压可从5.5V到36V，具有很宽的范围。第一级用DCDC转换器将输入的电压降至8V，这样可以提高电源的转换效率，减少能量的损耗。第二级用LDO转换器将8V转换成5V电压。

本实用新型的原理为：本振单元输出的本振信号与预选单元、第一级滤波单元处理后的信号进行混频，产生71MHz的中频信号，然后通过检波单元转成电压值，经过ADC后被单片机转成数据，上传到上位机，这是扫描一次的完整过程。上位机软件可以设置需要扫描的频段(AM或FM)、步长、起始频率、终止频率，单片机根据这些参量设置不同的本振频率，当本振信号与外部信号混频后产生的不是71MHz 频率的中频信号时，此时的中频信号会被滤波器滤掉，经过检波器后的输出电压较低；如果本振信号与外部信号混频后产生的是71MHz频率的中频信号时，中频信号会顺利的通过滤波器，经过检波器后的输出电压就比较高。这样每一次扫描后的电压值被ADC采集转换后通过单片机上报到上位机软件内，上位机软件分析后就会得知外部信号的频率值。

本实用新型结构采取屏蔽盒分腔结构，处理射频信号的预选单元和第一级滤波单元在一个腔室；混频单元在一个腔室；处理中频信号的第二级滤波单元和检波单元在一个腔室；处理数字信号的控制单元在一个腔室；本振单元和电源单元各在一个腔室。通过这样的结构减少各级信号相互之间的干扰。

Claims (9)

1.一种广播频谱扫描接收机，其特征在于，包括预选单元、第一级滤波单元、混频单元、第二级滤波单元、检波单元、本振单元和控制单元；预选单元的射频信号输入端口与外部设备相连，两路射频信号输出端口分别与外部设备和第一级滤波单元的射频信号输入端口对应相连；第一级滤波单元的射频信号输出端口与混频单元的射频信号输入端口相连；混频单元的本振信号输入端口与本振单元的本振信号输出端口相连，中频信号输出端口与第二级滤波单元的中频信号输入端口相连；第二级滤波单元的中频信号输出端口与检波单元的中频信号输入端口相连；检波单元的检波信号输出端口与控制单元的检波信号输入端口相连；控制单元的检波电压和指令通信端口与外部上位机相连，控制信号输出端口分别与第一级滤波单元、本振单元和第二级滤波单元的控制信号输入端口相连。

2.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，预选单元包括第一滤波器、第一放大器以及功分器；第一滤波器的射频信号输入端口与外部设备相连，射频信号输出端口与第一放大器的射频信号输入端口相连，第一放大器的射频信号输出端口与功分器的射频信号输入端口相连，功分器的两路射频信号输出端口分别与外部设备和第一级滤波单元的射频信号输入端口对应相连。

3.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，第一级滤波单元包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、AM滤波器和FM滤波器；第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的控制信号输入端口分别与控制单元的控制信号输出端口相连；第一单刀双掷开关的射频信号输入端口与预选单元的射频信号输出端口相连，中短波信号输出端口与AM滤波器的信号输入端口相连，调频信号输出端口与FM滤波器的信号输入端口相连；AM滤波器的中短波信号输出端口和FM滤波器的调频信号输出端口分别与第二单刀双掷开关的信号输入端口相连；第二单刀双掷开关的信号输出端口与混频单元的射频信号输入端口相连。

4.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，混频单元包括混频器、第二放大器和第二滤波器；混频器的本振信号输入端口与本振单元的本振信号输出端口相连，射频信号输入端口与第一级滤波单元的射频信号输出端口相连，中频信号输出端口依次经第二放大器和第二滤波器与第二级滤波单元的中频信号输入端口相连。

5.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，第二级滤波单元包括第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关、第一带通滤波器和第二带通滤波器；第三单刀双掷开关和第四单刀双掷开关的控制信号输入端口分别与控制单元的控制信号输出端口相连；第三单刀双掷开关的中频信号输入端口与混频单元的中频信号输出端口相连，中短波信号产生的中频信号输出端口与第一带通滤波器的信号输入端口相连，调频信号产生的中频信号输出端口与第二带通滤波器的信号输入端口相连；第一带通滤波器和第二带通滤波器的信号输出端口分别与第四单刀双掷开关的中频信号输入端口相连；第四单刀双掷开关的中频信号输出端口与检波单元的中频信号输入端口相连。

6.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，检波单元包括第一检波器、第二检波器和第三放大器；第一检波器和第三放大器的中频信号输入端口分别与第二级滤波单元的中频信号输出端口相连；第三放大器的中频信号输出端口与第二检波器的中频信号输入端口相连；第一检波器和第二检波器的检波信号输出端口分别与控制单元的检波信号输入端口相连。

7.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，本振单元包括参考晶振、VCO芯片、第三滤波器和第三放大器；参考晶振的时钟信号输出端口与VCO芯片的时钟信号输入端口相连；VCO芯片的控制信号输入端口与控制单元的控制信号输出端口相连，本振信号输出端口依次经第三滤波器和第三放大器与混频单元的本振信号输入端口相连。

8.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，控制单元包括单片机、ADC芯片和通信模块；ADC芯片的检波信号输入端口与检波单元的检波信号输出端口相连，检波数字信号输出端口与单片机的检波数字信号输入端口相连，单片机的电压信号输出端口和指令控制信号输入端口分别经通信模块与上位机相连，控制信号输出端口分别与第一级滤波单元、第二级滤波单元和本振单元相连。

9.根据权利要求1所述的广播频谱扫描接收机，其特征在于，采用屏蔽盒分腔结构，预选单元和第一级滤波单元设在一个腔室；混频单元设在一个腔室；第二级滤波单元和检波单元设在一个腔室；控制单元设在一个腔室；本振单元设在一个腔室。

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