CN213879802U - 多通道短波接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的多通道短波接收机，包括第一通道接收机、第二通道接收机和天线接口单元，第一通道接收机、第二通道接收机均包括接收分机一、接收分机二、本振分机和信号处理机，接收分机一、接收分机二分别设有16个接收通道；32路天线接收信号经天线接口单元滤波放大后功分成第一路组、第二路组、第三路组；第一通道接收机的接收分机一、接收分机二用于接收第一路组信号并输出至第一通道接收机的信号处理机；第二通道接收机的接收分机一、接收分机二用于接收第二路组信号并输出至第二通道接收机的信号处理机；第三路组信号通过合路器合成一路输出至电离层接收机。本实用新型实现了短波信号高质量、大动态和多通道接收。

Description

多通道短波接收机

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及多通道短波接收机。

背景技术

短波接收机接收通道数多，技术要求高，特别是幅相一致性要求，本振相位要求等，测试工作量大，维护成本高。

现有短波接收机在满足如下设计要求时表现均有所不足：大动态设计：由于短波频段杂波幅度和环境噪声都很大，而接收到的信号又小，接收通道应具备大的动态，确保在强干扰情况下对小信号的接收；相位噪声：接收机对工作频率f0近端相位噪声要求非常高，相位噪声不仅与基准源有关，还与频率变换电路、放大通路和电源处理有关；互换性：为了产品的维修保障，产品可更换单元必须具备互换性，模块更换后，现场经软件校准就能满足系统使用要求，确保指标不下降；七性设计：a.测试性，b.可维修，c 可靠性方面，d.电磁兼容性，e.保障性和安全性，f.环境适应性，g.防雷。

发明内容

发明目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种多通道短波接收机，实现了短波信号高质量、大动态和多通道接收。

技术方案：本实用新型所述的多通道短波接收机，多通道短波接收机，其特征在于：包括至少一个单套通道接收站，所述单套通道接收站包括第一通道接收机、第二通道接收机和天线接口单元，所述第一通道接收机、第二通道接收机均包括接收分机一、接收分机二、本振分机和信号处理机，接收分机一、接收分机二分别设有16个接收通道；32 路天线接收信号经所述天线接口单元滤波放大后功分成第一路组、第二路组、第三路组；所述第一通道接收机的接收分机一、接收分机二用于接收第一路组的32路信号并输出至第一通道接收机的信号处理机；所述第二通道接收机的接收分机一、接收分机二用于接收第二路组的32路信号并输出至第二通道接收机的信号处理机；所述第三路组的32路信号通过合路器合成一路输出至电离层接收机。

进一步地，所述天线接口单元包括32路天线接收前端、32路自检信号分配器、32路接收信号合路器；32路天线接收前端用于接收32路天线信号输入并功分成三路组，对每路组的天线信号进行增益补偿和降噪，并通过32路自检信号分配器进行通道校准和检测，32路接收信号合路器用于合成所述第三路组的32路信号。

进一步地，所述接收分机一、接收分机二均包括16个接收通道、本振分配模块、控制插盒、背板，所述接收通道用于放大接收信号，所述本振分配模块用于接收本振分机的本振输入并为接收通道提供本振源，所述控制插盒通过RS422接口与上位机通信。

进一步地，所述接收通道包括限幅保护电路、开关滤波器组、混频器、中频电路、本振输入电路；接收信号经限幅保护电路、开关滤波器组处理后与本振输入电路输入的本振信号共同输入至混频器，混频器的输出端经中频电路后输出中频信号；所述中频电路包括依次连接的中频滤波器、中放1、中频开关滤波器组、中放2、衰减、中放3、低通滤波器；所述本振输入电路包括输入滤波器和放大器。

进一步地，所述中频开关滤波器组包括两个单刀二开关以及并联在单刀二开关之间的75MHz、50K带宽的晶体滤波器，75MHz、100K带宽的晶体滤波器。

进一步地，所述本振分机包括时钟电路、DDS、5路功分器、频综、自检信号变频通道、通信控制插盒，10MHz输入至时钟电路后输出800MHz至DDS，DDS的输出本振信号经滤波放大后经5路功分器分5路输出，频综输出信号与本振信号经自检信号变频通道输出自检信号，通信控制插盒通过RS422接口与上位机通讯相连并将站控指令分发至接收分机一、接收分机二。

进一步地，所述本振分机连接有单独的本振电源，所述接收通道连接有接收电源，所述本振电源、接收电源均包括依次连接的防雷电路防浪涌电路、输入电源滤波器、线性电源、输出电源滤波器。

进一步地，所述通信控制插盒包括控制板、RS422接口、主控设备、DDS，控制板通过RS422接口与上位机相连用于接收控制指令，控制板用于切换本振频率，对各接收通道进行频段开关控制、增益控制以及各个通道的工作状态检测并上传至上位机。

进一步地，所述第一通道接收机、第二通道接收机的机柜内采用下走线，机柜的通风为底进风、顶出风，机柜进风、出风处安装有过滤网，机柜顶部安装有4只低噪声的轴流风扇；所述本振分机的机箱采用前插盒结构，包括时钟源插盒、DDS源插盒、自检信号源插盒、通讯控制插盒和电源插盒。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型实现短波信号高质量、大动态和多通道接收；具有工作频带内频率设置、瞬时带宽设置功能；具有遥控和本控功能，本控由面板按键操作，遥控由上位机通过通讯接口控制；具有故障检测和工作状态上报功能；具有可测试性功能和输入保护功能。

为了保证接收机120dB的动态范围，天线接口单元应采用低噪大动态器件，通过预选滤波和衰减调节来扩大动态。变频通道应精心选择混频器件，并合理设置频率滤波分段，做到从天线输入到输出的最佳分配。

性能参数为：工作频率范围：13MHz～22MHz；接收机最大增益：40dB±1dB；通道衰减范围：不小于30dB,步进不大于10dB；接收机输入信号动态范围：≥120dB；接收机噪声系数：≤11dB；信号带宽：50kHz、100kHz可选择；相位噪声恶化量：≤2dB；带内杂散谱：≤-90dBc；接收机组内(32部为一组)通道间幅相一致性：小于1dB、±10°，通道间隔离度≥100dB；幅相稳定性：相位±1°、幅度±0.3dB(开机1小时后测试，测试2 小时内漂移)；通道校准信号：两种模式，连续波和脉冲可选，频率可设置；中频输出信号频率：75MHz；中频输出电平：≥10dBm/50欧姆。

附图说明

图1是本实用新型的单套接收站的组成示意图；

图2是本实用新型的单套接收站接收原理图；

图3是32路天线接口单元原理图；

图4是计算链路图；

图5是天线接口单元的立体结构图；

图6是天线接口单元的后面板示意图；

图7是32路接收分机组成原理图；

图8是接收分机一、接收分机二的组成原理图；

图9是接收通道工作原理图；

图10是天线接口单元仿真计算图；

图11是接收通道仿真计算图；

图12是通道接收机总的仿真计算图；

图13是中频滤波器带宽选择电路示意图；

图14是本振分机的原理图；

图15是本振电源的原理图；

图16是本振分机的机箱主视图；

图17是本振分机的机箱侧视图；

图18是本振分机的机箱俯视图；

图19是主控板的原理图；

图20是接收电源的原理图；

图21是通道接收机机柜的结构示意图；

图22是接收通道插盒的结构示意图；

图23是防雷示意图；

图24是可靠性模型框图；

图25是噪声系数测试连接示意图；

图26是幅相一致性测试连接示意图；

图27是输入三阶测试连接示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

1、单套接收站工作原理

本实用新型提供的多通道短波接收机，共设4个站点完成信号接收，每个站点两部独立通道接收机和一台天线接口单元，工作频率可独立设置，每个接收机32个通道，同一站点共64个通道，与信号处理机接口为中频模拟接口，阻抗50欧姆。

如图1所示，单套接收站由一台天线接口单元和两台通道接收机组成，每台通道接收机含32个通道和一台本振分机，32个通道每16个组成一个接收分机。

图2是单套接收站的系统原理：32路天线接收信号经天线接口单元滤波放大后功分三路组(每组32路)，第一路组输出至第一通道接收机，第二路组输出至第二通道接收机，第三路组通过32路合路器合成一路输出至电离层接收机。

每个通道接收机均包含接收分机一、接收分机二、一台本振分机和一套信号处理机，接收分机一、接收分机二各含16路通道，分别输入各16路来至天线接口单元的天线信号，接收放大变频后输出各16路共32路中频输出至信号处理机。本振分机不仅为接收分机提供高质量的本振信号，还是全机通讯、采集、控制中心，负责与站控系统之间的通讯。

2、天线接口单元

2.1技术指标

1)工作频率范围：13MHz～22MHz；

2)最大增益：12dB±1dB；

3)衰减控制：四档，0、10、20、30dB；

4)噪声系数：≤6.8dB；

5)输入耐功率：≥1W；

6)输入三阶：+25dBm；

7)输入接口：32路天线输入(SMA)，1路校准信号输入(SMA-K)；

8)输出接口：65路输出(8路为一组高频插座，共8个)，其中1路为32路合成输出至电离层接收机，SMA-K接口；

9)自检信号相位一致性：≤0.5°(每32路为一组)；

10)自检信号幅度一致性：0.2dB(每32路为一组)；

11)接收通道相位一致性：≤5°(每32路为一组)；

12)通道幅度一致性：0.5dB(每32路为一组)。

2.2组成原理

天线接口单元分机主要由32路天线接收前端、32路自检信号分配器和32路接收信号合路器组成。

如图3所示，天线接口单元主要功能是将32路天线功分三路给第一通道接收机、第二通道接收机和电离层接收机，为了补偿天线信号功分3路后增益损失和降低接收系统噪声系数，每路加了20dB增益的低噪声放大器，并具有给32路接收通道切进自检信号用于通道校准和检测的功能。

2.3天线接口单元主要器件选择要求

表1天线接口单元主要器件选择要求

2.4天线接口单元指标计算

关键指标分析：整机指标中给出了系统动态要求，对窄带接收机来说比较容易实现，但本接收系统天线接口单元是宽带接收，如线性度不好，带外大信号会产生失真杂散，一旦进入通带，就会干扰接收系统，导致接收机无法工作或性能下降。

表2计算结果

序号	项目	分配指标要求	计算结果	结论
					1.	噪声系数	≤6.8	6.35	符合要求
2.	增益(dB)	12±1	11.7	符合要求
					3.	输入三阶(dBm)	≥25	28.8	符合要求

2.5天线接口单元指标计算

关键指标分析：整机指标中给出了系统动态要求，对窄带接收机来说比较容易实现，但本接收系统天线接口单元是宽带接收，如线性度不好，带外大信号会产生失真杂散，一旦进入通带，就会干扰接收系统，导致接收机无法工作或性能下降。

计算链路图如图4所示，计算结果如下：

表3天线接口单元指标计算

2.6天线接口单元结构设计

天线接口单元采用19英寸宽、4U高机箱。为了减少连接电缆插头数量，减少插座占用面积，除输入32路电缆接头采用SMA外，其余均8路一组，选用中航光电电缆束插头座，电源插头座选用如图5、图6所示。

3、通道接收机

通道接收机由32接收通道和一个本振分机组成，按照系统要求，通道接收机技术指标分解如下：通道接收机主要由接收分机一、接收分机二和本振分机组成，接收分机一和接收分机二共用一个本振分机，每个接收分机由16个接收通道组成，如图7所示。

接收分机一：进行一次变频输出高中频，高中频信号经过窄带滤波放大输出至信号处理机；

接收分机二：进行一次变频输出高中频，高中频信号经过窄带滤波放大输出至信号处理机；

本振分机：产生高质量本振信号，本振分机由时钟源、DDS、自检信号源和通讯控制处理板等组成，时钟电路输入为10MHz，输出800MHz时钟，供DDS使用；DDS在控制板控制下产生高质量的本振信号，经滤波放大输出至接收机；自检信号由75MHz 点频源与本振信号变频后滤波放大得到；通讯控制插盒与站控通讯，并将站控指令分发至各分机单元，同时将收集到的各分机工作状态信息上传至站控。

如图8所示，接收分机一、接收分机二分别由16个通道、本振分配模块、控制插盒和背板等组成。接收通道采用一次变频高中频方案，高线性放大接收信号，信号的输入输出和本振输入均有耦合自检功能。

本振分配模块：由本振输入，为接收通道提供超低相噪和高频率精度32路本振源。

控制插盒：完成中心站通过RS422接口协议对32路接收通道工作状态的译码控制，并将接收通道、本振工作状态信息上传。

4、接收通道

如图9所示，接收通道(不含天线接口单元)包括：限幅保护电路(输入限幅器或防大信号浪涌器)、开关滤波器组、混频器、滤波器、中放1、中频滤波器开关组、中放2、中放3、低通滤波器、本振输入放大器和滤波器等组成，具体说明如下：

1)输入限幅器或防大信号浪涌器，保护接收通道防大信号浪涌信号损伤；

2)8段预选开关滤波器组：两个作用，一个进一步滤除进入接收通道的带外噪声，二是提高接收机镜频抑制、中频抑制和本振反串信号；

3)混频器：将接收信号变频到75MHz中频，混频器对通道杂散、线性度等指标影响较大，设计时注意选择；

4)中频电路由中频滤波器、中放1、中频开关滤波器组、中放2、衰减、中放3和输出低通滤波器组成，中频滤波器先对变频后的杂散和本振信号等远端信号进行滤波，由于后面的窄带滤波器组的插损较大，为了改善整机噪声系数，设置中放1进行低噪放大，再通过窄带滤波器组进行选频，最后经中放2、中放3、低通滤波器放大滤波输出，输出端设置耦合检波检测，与自检信号配合进行故障检查。

5)本振输入电路由输入放大器和滤波器组成，输入放大器和滤波器能提高通道间隔离度。

接收通道技术指标：

1)输入工作频率：13MHz～22MHz；

2)工作频率步进：1k；

3)噪声系数：≤10dB(最大增益下)；

4)接收动态范围：90～110dB(线性增益)；

5)接收通道增益：32dB；

6)接收信号范围：-120dBm～-30dBm(40dB高增益)；

-110dBm～-20dBm(30dB中增益)；

-100dBm～-10dBm(20dB低增益)；

-90dBm～0dBm(10dB低增益)；

7)1dB带宽：50k、100K可选；

8)带外抑制：≥60dB；

9)信号调制方式：调频连续波和相位编码；

10)输出中频频率：75M；

11)输出中频功率：≥10dBm(线性)；

12)通道数：32；

13)通道隔离度：≥100dB；

14)镜像抑制：≥80dB；

15)中频抑制：≥80dB；

16)输入IP3：≥20dBm(带外)，≥-5dBm(带内)；

17)单边相位噪声恶化：≤2dB；

18)相位延时一致性，任意两个通道相移误差：≤10°；

19)幅度一致性，任意两只接收机幅度误差：≤±0.5dB；

20)工作温度范围：0°～+50℃(室内空调)；

21)存储温度：-40～+60°。

接收分机结构：接收机结构设计采用5.08系列插盒结构，模块与分机背板连接方式采用盲插，插盒散热采用传导、强迫通风散热方式，通过自身冷板、锁紧条导到上下散热器上，上下散热器与上盖、下盖形成散热风道，机箱后面板安装有抽风风扇，前面板开有进风口，提高了散热效率，进风口有滤尘装置，同时散热风道与通道插盒隔离开，满足了防尘要求。

6、通道接收机主要指标论证

通道接收机主要指标论证指从天线接口单元到接收通道输出的计算。主要指标有：噪声系数、增益、输入IP3、动态等。

理论计算公式如下：

1)噪声系数计算方法：

噪声系数计算公式：

F＝L1+L2+L3+F1+(F2-1)/GPA1+(F3-1)/GPA2+……+(FN-1)/GPAN

其中：L1-------自检切换开关插损

L2-------预选滤波器插损

L3-------数控步进衰减器插损

F1-------第一级放大器噪声系数

GPA1-----第二级前总增益

F2-------第二级放大器噪声系数

GPA2-----第三级前总增益

……

2)无杂散动态计算方法：

SFDR＝2/3(P3rd-Pn)

3)灵敏度计算方法：

Pn＝S0+10logB+Fa(S0＝＝-174dBm/Hz B工作带宽Hz Fa噪声系数dB)

其中P3rd为输入三阶节点功率，S0＝-174dBm/Hz为热噪声功率密度，Fa为噪声系数。

以上过程可用链路计算软件来计算：见图10天线接口单元、图11接收通道计算、图12接收机总的仿真计算。由上图结果计算IP3和动态：

1)IP3计算

带外IP3＝带内IP3+输入预选滤波器带外抑制(最小30dB)＝2.47dBm+30＝+32.47dBm

2)接收机输入信号动态范围计算

通带100K带宽和3dB(S/N)，计算动态：

接收通道放大动态范围＝10dBm(输出最大电平)-40dB(增益)-(-112dBm)(灵敏度)＝82dB

接收机输入信号动态范围范围＝接收通道线性放大动态范围+30dB(前端衰减器调节范围)+15dB(中频衰减器调节范围)＝127dB。

通带50K带宽和3dB(S/N),计算动态：

接收通道瞬时放大动态范围＝10dBm(输出最大电平)-40dB(增益)-(-116dBm)(灵敏度)＝85dB

接收机输入信号动态范围范围＝接收通道线性放大动态范围+30dB(前端衰减器调节范围)+15dB(中频衰减器调节范围)＝130dB。

3)通道隔离度

多通道接收机工作时，容易出现通道隔离度不够的问题，就是通道间信号相互串扰的问题，其串扰途径主要是自检开关隔离度(通过自检功分器串扰)和共本振通路串扰。主要措施有下面两点：

a.选择高隔离自检开关，采用多级串联方式提高自检信号关闭隔离度；

b.本振输出到接收机通路中加隔离放大器和滤波隔离，滤波隔离可以获得至少50dB的隔离，加上隔离放大器和电路自身隔离，实际可获得110dB的隔离。

通过采取以上两个方面的措施，经在性能样机上的实际测试，通道隔离度可达到110dB以上，满足技术要求。

4)中频输出P-1指标：主要考虑中频输出末级放大器的输出P-1和合理的通路线性分配设计(没有线性瓶颈)，方案中末级放大器P-1是大于20dBm的放大器，去掉输出检测电路的损耗(3.5dB)，输出P-1实际大于16.5dBm，满足系统技术要求。

5)接收通道带宽设计

接收通道带宽主要取决于中频滤波器的1dB带宽，信号带宽有两种，50K和100K，为了保证信号带内的保真度，接收机带宽应留有一定余度，设计带宽放宽到75K和150K，由于带宽窄，相对带宽达到了1～2‰，选择晶体类型的滤波器较合适，75K和150K带宽的选择是通过PIN开关切换实现。如图13，型号75M150C50LP2和75M75C50LP2的晶体滤波器指标能满足本产品技术要求。

7、通道接收机几个关键指标的实现性能要求：

1)幅度一致性，可在通道上设置可调衰减器值来保证，整机做增益校准可保证通道增益起伏≤±0.5dB。

2)相位一致性和稳定性，取决于通道上的滤波器、电容、电感器件等(包括本振通路)的相位一致性和稳定性，选择参数精度高、0温度系数的器件，预研样机证明所选器件都能满足相位一致性和稳定性要求。

3)输入IP3是衡量通道线性动态的指标，指标的好坏直接影响通道的互调，主要与通道的放大器和混频器的IP3有关，选择高IP3器件。

4)通道隔离度与两个方面有关，电路通路和电源通路，电路通路主要与本振有关，本振通路上采用放大隔离和设置滤波器等措施能有效保证通道隔离度指标，对电源通路，采用滤波等隔离措施。

8、本振单元设计

本振单元主要功能是，为接收通道提供两路同频同相本振和两路同频同相自检信号，同时与控制中心通讯，上传各分机设备工作状态，并接收站控的控制指令。

8.1本振技术参数：

1)输入参考频率：10MHz，相位噪声：-110dBc/Hz@1Hz，输出功率：7dBm

2)输出频率范围：88～97MHz(中频75MHz时)；

3)本振输出路数：两路；

4)两路相位误差：≤±2°

5)本振输出电平：0～2dBm；

6)本振步进：≤1KHz；

7)相位噪声恶化：≤2dB(1Hz)(10MHz参考源1Hz处按-110dBc/Hz计算)；

8)带内杂散：≤-90dBc(±50k)；

8.2自检信号技术参数：

1)自检信号：连续波或脉冲波(触发由站控给出，SMA)，与接收机工作频率一致。

2)输出频率：13MHz～22MHz；

3)输出路数：2路；

4)输出电平：10±0.3dBm；

5)相位一致性：≤±1°；

6)频率步进：与本振同步；

7)杂散：≤－60dBc；

8)信号关断电平：≤－100dBm；

9)输出口形式：SMA-K；

10)可关断，关断比大于80dB。

8.3本振单元供电

供电电压：±8V(线性电源)。

8.4本振分机工作原理

本振分机本部分主要包括两大功能，一是产生5路低相噪本振信号，二是产生5路自检信号，其中两路给主机接收通道，两路给从机通道，一路面板检测用。

如图14所示，系统对相位噪声和稳定度提出了较高的要求，方案上采用频率直接合成(DDS)方案，对杂散指标应合理设计DDS时钟频率，降低DDS输出杂散，DDS时钟由基频，10MHz多次倍频得到，倍频应选择低相位噪声器件。同时注意电源纹波，对电源要采用二次稳压，稳压器件选择低噪声器件。

8.5本振电源设计

本振部分电源采用单独供电方式，由于本振对电源噪声异常敏感，本振电源对电源输出的稳定性、纹波要求较高，应采用线性电源，开关电源噪声太大，不能满足本振高纯度频谱输出要求。

本振电源工作原理：

如图15所示，本振电源有输入滤波器、线性电源和输出滤波器组成，输入滤波器应滤除50Hz工频，电源纹波应小于1mV。

8.6本振关键指标的实现：

极低相位噪声设计：本系统对偏离fo±1Hz的噪声要求很高，方案上采用直接合成方案，频率变换通路上的倍频器、放大器应选低噪声器件，特别是核心器件DDS的选择，电源应选线性电源，并注意各单元电路之间的隔离。影响相噪的主要部件是DDS的时钟源和DDS本身，DDS时钟源定制。

时钟源技术指标：

1)输入频率：10MHz/0～+5dBm；

2)输出频率：800MHz/+5dBm±2；

3)相噪：≤-73dB/Hz@1Hz。

DDS本振源技术指标：

1)输入时钟：800MHz；

2)输出频率：83MHz～97MHz；

3)单边相位噪声：≤-90dBc/Hz@1Hz；

4)输出杂散：≤-90dBc@f0±0.05MHz。

8.7低相位噪声验算

800MHz时钟，DDS输出频率88～96MHz，相噪理论改善量为：

1)输出88MHz时：20log(800/88)＝19.2dB；

88MHz本振单边相噪＝-73dB-19.2＝-92.2dB。

2)输出96MHz时：20log(800/96)＝18.4dB；

96MHz本振单边相噪＝-73dB-18.4＝-91.4dB。

3)本振相噪恶化量：

参考源1Hz处相位噪声：-110dB/Hz；

96MHz本振单边相噪：91.4dB；

96MHz本振理论单边相噪：-110+20log(96/10)＝-90.35dB；

相噪恶化量＝-90.35dB-(-91.4dB)＝1.05dB≤2dB；

相噪恶化满足技术要求。

AD9858器件典型相位噪声图，时钟1G，输出103MHz。

8.8本振输出相位一致性

本振输出相位的一致性直接关系到通道相位一致性，32路本振相位误差会累加到通道上，功分器设计时要注意相位指标。功分器相位误差主要由器件一致性和布线长度误差组成，除器件自身的指标外，应选同一批生产的品牌产品，减少布线长度误差。

输出杂散：杂散的主要来源是本振，本振杂散主要取决于DDS、倍频器、分频器等，其中主要是DDS，DDS的杂散分布由时钟频率和输出频率有关，主要考虑输出信号的近端杂散。经权衡DDS选择ANALOG公司AD9858，与其它DDS芯片相比，其相位底噪最低，杂散较好。

8.9本振单元对外接口

1)与天线接口单元接口：RS422，FQ14N-5ZK(插头FQ14N-5TJ8)；

2)与接收机处理通讯接口：串行控制等FQ18N-12ZK(插头FQ18N-12TJ8)

3)电源接口：FQ14N-3ZJ(插头FQ14N-3TK8)。

8.10本振结构设计

如图16至18所示，本振结构采用4U19英寸标准机箱，各功能单元采用5.08插件结构，方便维修，整个机箱结构应满足电磁兼容要求，所有结构接缝应进行加电磁屏蔽处理，进出机箱信号线、电源线等应加EMC滤波器，机箱设置低阻接地柱。

9、主控制板设计

功能要求

1)通过422口实现与上位机的通讯；

2)完成工作频率的设置；

3)接收机通道增益控制；

4)完成开机自检，维护自检；

5)完成对全机可更换单元的状态记录和上传；

6)完成对每路电源电压的检测；

工作原理：主控板通过RS422通讯接口接收上位机控制指令。若接收到正常工作指令，主控板根据相应的指令切换本振频率，并对各接收通道进行频段开关的控制与增益的控制。若接收到自检指令，主控板对各通道的增益、电源电压、工作电流等工作状态进行AD采样判读检测，并将检测结果上传至上位机。

接收电源主要给通道供电，结构为插盒形式，方便维修。

技术要求：

1)输入：AC220±10％50±1Hz

2)输出电压电流：+8V/20A、-8V/2A

3)纹波：≤50mv

4)工作温度：0～+60°(室内空调)

5)储存温度：-40～+60°。

10.1电源原理组成

电源插盒主要为通道供电，通道对电源噪声没有本振敏感，可采用开关电源，电源输入输出进行滤波。

电源工作原理：电源由防浪涌电路、输入滤波器、开关电源和输出滤波器组成，输入输出滤波器应衰减电源噪声，电源纹波应尽量低。

10、结构设计

通道接收机单站设备由两套接收机柜和一台天线接口单元组成，单只通道接收机柜内部安装一台信号处理机、一台接收本振分机和2台接收分机(各16通道)。

机柜采用下走线方式，所有进、出电缆均通过机柜后下部的转接单元完成，为了维修方便，机柜两侧及后部的门均可快速拆卸；机柜的通风为底进风、顶出风，机柜底部进风处安装有金属过滤网，阻止外部的灰尘进入机柜内部，机柜顶部安装有4只低噪声的轴流风扇，将机柜内部的热风排出机柜外；机柜进风、出风均有滤网，机柜转接单元将机柜底部封闭，机柜具有良好的防鼠设计。

预研样机本振部分原来与通道做成一体，未采用插盒结构形式，维修拆卸不方便，本方案将本振单独设计为一分机，并采用前插盒形式，方便维修，本振机箱主要由时钟源插盒、DDS源插盒、自检信号源插盒、通讯控制插盒和电源插盒等组成。

11、系统防雷设计

本设备在空旷地带长期工作，极易遭遇雷击(预研样机在试运行阶段就遭遇过雷击，接收机前端全部雷击损坏)，设备必须进行防雷设计，设备防雷除天线阵地和进出设备机房进行防雷外，设备自身应具备一定防雷能力，经过多次防雷衰减后，电路输入输出口上的防护器件进一步衰减至安全电平下，达到保护敏感电路的目的。

12、七性设计

12.1电磁兼容性设计

由于通道接收机内信号种类繁杂，有模拟的，有数字的，有大信号、小信号以及收发信号。所以电磁兼容设计是通道接收机功能实现的关键。

电磁兼容性设计按照GJB151A-97《军用设备和系统电磁发射和敏感度要求》执行，测试按照GJB152A《军用设备和系统电磁发射和敏感度测量》执行。具体从以下两个个方面考虑。

12.2单元模块内部考虑电磁兼容

电路设计必须最大限度地减少与无用信号的耦合，其布局可根据下列原则：

1)低电平信号的部件不能靠近高电平信号的部件，且不能与没有滤波的电源线放在一起；

2)印制电路上的走线不能使用长的平行线。在板上安排元件的位置时，应把敏感的电路与高电平和能产生瞬态过程的电路分开。充分利用印制板上未腐蚀部分接地和作为屏蔽体，屏蔽体应尽可能接到主机壳上；

3)留有尽量大的“接地板”，对于调制脉冲电路和射频电路尤应如此；屏蔽体的损耗可能降低电路的品质因数，在品质因素要求高的电路中，由于屏蔽体上的电流会造成一个无用的能量辐射源，因此不能用屏蔽体作为信号的回程线；

4)在整个敏感电路周围使用磁屏蔽，可减少同电源线的磁耦合，有效地减少低频干扰。

5)数字信号线、电源线和控制线分开。

12.3结构上考虑电磁兼容

为了使机箱和单元模块外壳能够提供屏蔽效果，我们采用以下措施：

1)屏蔽度取决于结构材料(屏蔽材料)和设计技术，特别是接缝、开口处的处理，尽量减少结构的不连续性。

2)设备的面板和盖板与壳体连接设计应加导电衬垫材料，衬垫材料应选用可压缩的编织金属网、导电橡胶片等

3)必须使用足够数量的紧固件，以防空隙而发生电磁泄露。

4)电源线进入机箱应通过滤波器盒，在所有产生干扰电流的导线加上合适的屏蔽，敷设低频部分的连线应用扭绞线，在要求有最大低频隔离的地方使用屏蔽的扭绞线对。不得把低频电缆上的屏蔽体作为电流的回程线。

5)传输射频、脉冲和其它高频信号的地方使用同轴电缆，敷设电缆时不得把输入和输出安装在一个线束内，数字信号线和电源线、控制线需分开。

12.4可靠性设计

可靠性设计按GJB 450A-2004装备可靠性工作要求和GJBZ 299C-2006电子设备可靠性预计手册的要求开展可靠性设计工作。

12.5可靠性模型

根据设备的用途、功能和组成情况，确定设备的可靠性模型为串联模型，如图24所示，本设备的关键指标检验有：相位噪声恶化、相位一致性和稳定性、输入三阶和电源输入特性，测试连接示意如图25-27所示。

12.5.1可靠性设计原则

1)降额设计

为了进一步提高发射机的可靠性，针对所使用的元器件进行了降额设计。电子元器件在其安全区内使用时可靠性设计的最低要求，为了进一步降低产品的失效率，必须进一步考虑降低元器件的工作负荷。使元器件在低于其额定值的应力条件下工作。元器件合格的降额使用可以大幅度的降低元器件的失效率，降额设计是产品可靠性设计中有效的方法之一。

一个合格的元器件在使用或储存过程中总会受到各种(包括时间、环境、电气及机械等)应力的不同或综合作用，存在着某些比较缓慢的物理、化学变化，当这一物理、化学变化过程发展到一定阶段，元器件的特性将退化、功能丧失，即出现老化、失效。因此对于产品而言，包括多种不同类型的元器件，根据不同元器件的降额设计准则，降额主要考虑以下几个方面内容：

1)电阻器除对外加功率降额外，实际使用时还在其极限电压和极限温度下降额

2)电容器除对外加电压降额外，对其使用的最高额定环境温度也做了降额

3)对集成电路的结温、输出负载进行了降额

4)对半导体二极管的功耗、结温和击穿电压进行了降额

5)对晶体管的电压、电流和结温进行了降额

6)功率MOS管对功耗进行了降额

2)抗力学环境设计

为满足设备的环境适应性和力学要求，我们进行了抗力学环境设计。盒体结构采用防锈铝材料，结构金属材料的选取主要从强度、加工性能、重量以及结合以往成功型号的经验等诸因素考虑。高强度利于在满足力学环境试验中动态载荷的响应；密度小有利于减轻功放部件的总重量；高传导率能够使发热元器件产生的热量尽快地传导出去；高比热增加了功放自身的热容量。为降低结构在振动过程中的动力响应，满足力学环境要求，封盖前对较大、较重的元器件进行加固处理，固定电路板、散热器、电源等的螺钉处也要进行涂螺纹胶处理。

利用有限分析法通过分析软件对结构进行了模态分析和力学环境试验响应分析，分析结果为固有频率很高，无共振现象，结构的抗力学环境能力强，结构设计方案合理，并有一定的设计余量，可以满足产品长寿命、高可靠的使用要求。

3)热设计

热设计的目的是将产品所有元器件的温度控制在规定的范围内保证产品正常工作，产品内部的温度差减到最小。热设计的任务是通过各种措施，把元器件产生的热功率，有效地传导出盒体，通过风冷导出，使元器件能够工作在正常的温度范围内。

高温对大多数电子元器件会产生严重的影响，会导致电子元器件的失效，从而导致部件的工作异常。通过对电子产品热设计。消除产品质量隐患，提高产品的可靠性。产品的部件重量有严格的要求，进行热设计时，除考虑盒体重量、电路板和元器件的重量外，还应当考虑热控材料等其它因素增加的重量，设计时重量要有富余量。在进行热设计时，内部发热元件应分布均匀，热源不能太集中。为了提高散热效率，主要热源芯片与盒体充分接触，利于散热。热设计包括了元器件的布局、元器件的安装、散热措施、散热路径、电路印制板热设计、盒体的热设计等方面的内容。

1)元器件的选择：电原理完成后，在选择元器件时要选择温度、时间稳定性好和耐温范围宽的元器件；为提高效率，降低发热器件的功耗，电路设计中应优先选择低功耗集成电路和高效芯片。

2)元器件的布局：元器件的布局力求热功耗公布均衡，避免局部区域因热功耗过于集中而导致元器件温度过高，芯片直接安装在盒体的底部。元器件布局时，同时考虑散热路径，要使绝大部分热量传到盒体的底部。部件内器件分布均匀、布局合理，热源比较分散，产生的热量迅速传导到盒体，温度控制在要求的范围内。

3)元器件的安装：增大元器件的安装接触面积，降低接触表面的粗糙度，增大接触压力，目的减小安装接触面的热阻；带引出线的元器件尽量利用导出线的导热散热，减小元器件的引出线的安装长度，这样可以减小元器件和印制板之间的热阻。尽量减小元器件到印制板的导热距离，降低它们之间的导热散热路径的热阻。

4)散热措施：主要发热器件直接焊接在盒体底部，螺钉固定，装配牢固，确保芯片的散热基座与盒体底部充分接触，芯片产生的热量有效的传导到盒体的底面上。

5)盒体的热设计：有利于散热，在满足重量要求的前提下，盒体与整机安装接触面积尽量增大。

6)在做结构设计时，盒体的材料要选择强度高、密度小、导热性高的金属材料，本设备的盒体采用防锈铝合金材料。高强度满足抗力学要求。密度小满足减重要求，导热性高利于散热、在盒体的内部，电路板和独立安装的元器件覆盖了盒底的面积，有效地利用了主要散热路径盒体的底面，利于散热。

12.6安全性设计

安全性是指系统地利用工程和管理工具来确定、分析和控制危险，使产品(系统、项目、设施或活动)获得最佳安全工作特性。它是产品的重要设计特性，与可靠性、维修性、功能性(性能)一样，作为产品可靠性设计要求的重要一项。

产品的安全性主要体现在以下两个方面，一是对完成产品本身的功能任务和对整机其它设备的安全不能构成重大危险；二是产品不论在正常工作还是在故障状态下，都不会引起人身安全问题，故只考虑本分机的安全工作和不影响整机及其它分机的安全工作。针对本项目的特点，在产品安全上需要考虑以下几点：

1)设备要有声光报警和电源稳压装置，以保证设备安全。

2)电磁兼容设计：采取EMC/EMI措施，使设备在复杂电磁环境下能安全的工作，同时在电磁环境下不影响整机及其它分机的工作。

3)设备接地，交流地和直流地分开，在设备接地电阻小于4欧时，设备能正常工作。

4)面板标识清楚，均采用汉字标注。

5)电源安全设计：任何超过36V安全电压的地方应有明显的警示标志(包括大功率高频信号接口处)，并不得裸露。任何情况下,电源短路、过载、过压、故障都不应产生危及人身安全的情况存在，应设计相应的保护措施。

如上所述，产品不论是在正常工作条件下还是在发生故障状态下，都不会对使用者造成任何人身危害。包括如高温起火、烫伤、触电、爆炸、强射线等伤害。经分析，本设备高功率集中热源，且各个有源器件的实际工作温度(或结温)都在125℃以下，不会形成自燃起火危险。

12.7维修性设计

设备在维修性设计上主要采取了以下措施：

1)各功能模块、分系统故障部位在站控中显示，以缩短故障定位时间。

2)各功能单元均设计了BIT检测，接收通道输入输出口检测BIT，本振的输入输出BIT，时钟输入输出BIT，每组电源电压检测等，检测覆盖率至少达到95％以上；

3)采用模块化插件设计，使用快锁装置和防插错装置，维修过程中可方便及时更换；

4)每个可更换单元部件、分机等应有唯一清晰的标识和产品序列号，方便维修和质量跟踪。

5)设备对外输入输出接口标识清晰，不会出现错误连接。

采取以上措施后，如果备件充分，维修时间大大小于30分钟。

12.8测试性设计

本项目接收机通道数量多，设备相对复杂，相关功能测试、性能测试工作量大，并考虑到交付后日常维修维护要求，按照GJB 2547-1995装备测试性大纲要求开展测试性设计。

测试性设计应考虑以下几点原则：

1)幅相测试设置专用测试口，避免测试过程中频繁拆卸电缆，影响设备状态；

2)完善BIT检测项目，尽量做到全覆盖，通过自检能精确测出通道参数，如通道增益，各接口正常工作电平，电源供电电压等，通过日常简单的维护，提高设备工作状态完好的可信度。

3)所有主要指标应可测试，并设有专门测试接口。如预留本振测试口，中频测试口等。

12.9保障性设计

设备在研制、生产和部署使用各阶段应进行保障性分析，提出保障性需求。保障性分析工作应由承制方、订购方共同完成，双方的责任在合同中规定，保障性需求应纳入合同或有关文件中。具体参照GJB1371-92《装备保障性分析》。保障性设计上主要采取了以下措施：

1)设计遵循通用化、系列化、组合化等标准化要求，充分利用现有的通用保障资源；

2)所有部件应具备互换性要求，特别是通道插件，换上任意一个通道备件，除系统需要自校准外，无需进行任何调试，系统指标和功能应合格。

3)配备必要的维修备件和抢修备件，保障维护和维修。

4)配备必要的使用技术资料、图纸和维修保障技术资料、图纸。

5)人员技能要求：维修和操作人员经过一定的培训。

12.10环境适应性设计

根据本产品的使用要求，地面室内固定站空调环境，为此，重点从元器件选用、结构设计、工艺和环境试验三个方面进行保证。

1)元器件的选用要适应环境条件

为了满足不同平台的质量要求，所有元器件优选国产普军级、进口工业级。对特殊元器件增加筛选条件。

2)防尘、防鼠和防虫蛀设计

防尘设计：设备要长期可靠工作，必须考虑防尘设计，主要措施有进出风口设置防尘网，并方便拆卸清洗；散热风道与产品内部电路隔离设计，有效保护内部电路不受外界环境灰尘的浸袭。

防鼠和防虫蛀：在防鼠方面措施有，设备全部安装在能防鼠的机柜里，在保证设备散热的同时设计好机柜进出风口，并安装防鼠金属网罩，进出机柜电缆采用金属走线槽密封。在防虫蛀方面，应选择防虫蛀咬功能的电缆，定期在电缆走线槽内，机柜内部放置长效防虫蛀药剂。

3)能长期适应使用环境的措施

设备外观使用白色无光氟聚氨酯磁漆，满足防霉菌要求，接头采用普军级接头；螺钉使用304不锈钢螺钉。

4)产品在温湿度适应性方面，除设计满足要求外，还需要通过试验来验证，首套产品应充分进行温湿度适应性的验证。

13、元器件选择

13.1元器件等级

选用有军工生产资质的元器件生产单位按行业军用标准、企业军用标准技术条件生产并通过设计定型的非塑封元器件，产品所示部件应按照GJB 1032-1990电子产品环境应力筛选方法进行筛选。

13.2主要器件选择

输入预选滤波器，主要功能是减少外部进入接收机的干扰噪声电平，特别是镜像频率噪声，提高接收机接收微弱信号的能力。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.多通道短波接收机，其特征在于：包括至少一个单套通道接收站，所述单套通道接收站包括第一通道接收机、第二通道接收机和天线接口单元，所述第一通道接收机、第二通道接收机均包括接收分机一、接收分机二、本振分机和信号处理机，接收分机一、接收分机二分别设有16个接收通道；32路天线接收信号经所述天线接口单元滤波放大后功分成第一路组、第二路组、第三路组；所述第一通道接收机的接收分机一、接收分机二用于接收第一路组的32路信号并输出至第一通道接收机的信号处理机；所述第二通道接收机的接收分机一、接收分机二用于接收第二路组的32路信号并输出至第二通道接收机的信号处理机；所述第三路组的32路信号通过合路器合成一路输出至电离层接收机。

2.根据权利要求1所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述天线接口单元包括32路天线接收前端、32路自检信号分配器、32路接收信号合路器；32路天线接收前端用于接收32路天线信号输入并功分成三路组，对每路组的天线信号进行增益补偿和降噪，并通过32路自检信号分配器进行通道校准和检测，32路接收信号合路器用于合成所述第三路组的32路信号。

3.根据权利要求1所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述接收分机一、接收分机二均包括16个接收通道、本振分配模块、控制插盒、背板，所述接收通道用于放大接收信号，所述本振分配模块用于接收本振分机的本振输入并为接收通道提供本振源，所述控制插盒通过RS422接口与上位机通信。

4.根据权利要求3所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述接收通道包括限幅保护电路、开关滤波器组、混频器、中频电路、本振输入电路；接收信号经限幅保护电路、开关滤波器组处理后与本振输入电路输入的本振信号共同输入至混频器，混频器的输出端经中频电路后输出中频信号；所述中频电路包括依次连接的中频滤波器、中放1、中频开关滤波器组、中放2、衰减、中放3、低通滤波器；所述本振输入电路包括输入滤波器和放大器。

5.根据权利要求4所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述中频开关滤波器组包括两个单刀二开关以及并联在单刀二开关之间的75MHz、50K带宽的晶体滤波器，75MHz、100K带宽的晶体滤波器。

6.根据权利要求1所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述本振分机包括时钟电路、DDS、5路功分器、频综、自检信号变频通道、通信控制插盒，10MHz输入至时钟电路后输出800MHz至DDS，DDS的输出本振信号经滤波放大后经5路功分器分5路输出，频综输出信号与本振信号经自检信号变频通道输出自检信号，通信控制插盒通过RS422接口与上位机通讯相连并将站控指令分发至接收分机一、接收分机二。

7.根据权利要求6所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述本振分机连接有单独的本振电源，所述接收通道连接有接收电源，所述本振电源、接收电源均包括依次连接的防雷电路防浪涌电路、输入电源滤波器、线性电源、输出电源滤波器。

8.根据权利要求6所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述通信控制插盒包括控制板、RS422接口、主控设备、DDS，控制板通过RS422接口与上位机相连用于接收控制指令，控制板用于切换本振频率，对各接收通道进行频段开关控制、增益控制以及各个通道的工作状态检测并上传至上位机。

9.根据权利要求5所述的多通道短波接收机，其特征在于：所述第一通道接收机、第二通道接收机的机柜内采用下走线，机柜的通风为底进风、顶出风，机柜进风、出风处安装有过滤网，机柜顶部安装有4只低噪声的轴流风扇；所述本振分机的机箱采用前插盒结构，包括时钟源插盒、DDS源插盒、自检信号源插盒、通讯控制插盒和电源插盒。

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