CN104467888A - 一种多信道短波接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于短波通信装置技术领域，特别涉及一种多信道短波接收装置。该多信道短波接收装置中，第一功分器的一个输出端电连接第二功分器的输入端，另一输出端电连接第三功分器的输入端；第二功分器的四个输出端对应电连接4个短波信道接收单元输入端，第三功分器的四个输出端对应电连接另外4个短波信道接收单元的输入端；每个短波信道接收单元包括依次电连接的带通滤波器、自动增益控制电路、前置放大器和短波预选器；第一合路器的输入端分别电连接4个短波预选器的输出端，第二合路器的输入端分别电连接另外4个短波预选器的输出端，射频数字化处理模块的输入端分别电连接第一合路器的输出端和第二合路器的输出端。

Description

一种多信道短波接收装置

技术领域

本发明属于短波通信装置技术领域，特别涉及一种多信道短波接收装置。本发明可以作为“分集接收”必备的前端接收设备，可在2～30MHz范围内，上建立8路并行工作信道。

背景技术

目前的短波接收机基本均是单通道模式，只能工作在一个单一频点，即某一时刻只能对一个频率、一种调制方式的信号进行接收和解调，当需要8个通道同时工作时，就需要8个接收机叠加使用，这样就增加了接收机的体积和功耗。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多信道短波接收装置。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种多信道短波接收装置包括：第一功分器至第三功分器、第一合路器、第二合路器、射频数字化处理模块以及第1短波信道接收单元至第8短波信道接收单元，所述第一功分器为一分二功分器，所述第一功分器的输入端用于接入短波信号，所述第一功分器的一个输出端电连接第二功分器的输入端，另一输出端电连接第三功分器的输入端；所述第二功分器为一分四功分器，所述第三功分器为一分四功分器，所述第二功分器的四个输出端对应电连接第1短波信道接收单元至第4短波信道接收单元的输入端，所述第三功分器的四个输出端对应电连接第5短波信道接收单元至第8短波信道接收单元的输入端；

令自然数i取1至8，第i短波信道接收单元包括依次电连接的第i带通滤波器、第i自动增益控制电路、第i前置放大器和第i短波预选器，第i带通滤波器的输入端为第i短波信道接收单元的输入端；每个短波预选器用于选择设定频率段的短波信号，并用于将选择的短波信号向外输出；每个合路器具有4个输入端和1个输出端，第一合路器的输入端分别电连接第1短波预选器至第4短波预选器的输出端，第二合路器的输入端分别电连接第5短波预选器至第8短波预选器的输出端，所述射频数字化处理模块的输入端分别电连接所述第一合路器的输出端和第二合路器的输出端，所述射频数字化处理模块用于对接收的信号进行射频数字化处理。

本发明的特点和进一步改进在于：

在第一功分器的输入端还设置有低噪声放大器、以及用于对接收的信号进行带通滤波的带通滤波模块，所述带通滤波模块的输入端用于接入短波信号，所述低噪声放大器的输入端电连接所述带通滤波模块的输出端，所述低噪声放大器的输出端电连接第一功分器的输入端。

每个短波预选器包括第一波段控制开关、第二波段控制开关、第一电压调谐滤波器、第二电压调谐滤波器和第三电压调谐滤波器，所述第一电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在1.6MHz到4MHz之间，所述第二电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在4MHz到10MHz之间，第三电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在10MHz到30MHz之间；

所述第一波段控制开关的输入端电连接对应的前置放大器，所述第一波段控制开关的输出端用于选择性地连接第一电压调谐滤波器的输入端、第二电压调谐滤波器的输入端或第三电压调谐滤波器的输入端；所述第二波段控制开关的输入端用于选择性地连接第一电压调谐滤波器的输出端、第二电压调谐滤波器的输出端或第三电压调谐滤波器的输出端，所述第二波段控制开关的输出端电连接对应的合路器；所述第一波段控制开关所连接的电压调谐滤波器为所述第二波段控制开关所连接的电压调谐滤波器。

每个短波预选器的频率范围在1.6MHz～30MHz之内，任意两个短波预选器的频率范围互不相同。

每个带通滤波器的通带为1.5MHz-32MHz，每个自动增益控制电路为电控衰减器，每个前置放大器为低噪声放大器。

本发明的有益效果为：本发明采用了现已日益成熟的射频数字化技术实现信道的解调，与以往传统信道不同，本发明直接对短波信号调制解调，大大降低了传统电路的繁杂度及调试难度，同时功耗、体积、重量等可大大降低。采用独立电调滤波器及AGC技术实现多路信号的分离及处理，实现8个信道独立接收，提升短波接收机的实用性。本发明在功能上可以看作是多个单信道接收机的集群，具有功耗小、体积小、重量轻、成本低等特点，能够更好的满足各方面的要求。

附图说明

图1为本发明的一种多信道短波接收装置的结构示意图；

图2为本发明的短波预选器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明的一种多信道短波接收装置主要包括射频前端模块、射频数字化处理模块和电源模块，其中，射频前端模块对短波天线接收到的射频信号进行预处理(对射频信号经过滤波、放大后，生成一个待处理的窄带的、较干净的射频信号)；射频数字化处理模块对射频信号进行数字化处理、解调处理，同时对射频前端模块进行AGC控制、波段控制，并提供音频信号；电源模块外接14V直流电，共有4路输出电压(14V、5V、3.3V、1.2V)，电源模块用于分别向射频前端模块、射频数字化处理模块进行供电，使射频前端模块和射频数字化处理模块正常工作。本发明还包括电源控制开关，电源控制开关用来控制外供的14V电源的通断，起到多信道短波接收装置的作用。

参照图1，为本发明的一种多信道短波接收装置的结构示意图。射频前端模块包括第一功分器至第三功分器、第一合路器、第二合路器、以及第1短波信道接收单元至第8短波信道接收单元，在第一功分器的输入端设置有低噪声放大器、以及带通滤波模块，带通滤波模块的输入端用于接入短波信号，低噪声放大器的输入端电连接带通滤波模块的输出端，低噪声放大器的输出端电连接第一功分器的输入端。带通滤波模块用于对来自短波天线的射频信号进行滤波处理，带通滤波模块采用1.5MHz-32MHz的带通滤波器，其插入损耗小于等于1dB(1.5～30MHz)，带内波动小于等于0.5dB，40dB带宽小于等于61.6MHz。低噪声放大器用于输入其中的射频信号进行放大，其增益为12dB。

本发明实施例中，第一功分器为一分二功分器，第一功分器的输入端电连接低噪声放大器的输出端，第一功分器的一个输出端电连接第二功分器的输入端，另一输出端电连接第三功分器的输入端。第二功分器为一分四功分器，第三功分器为一分四功分器，第二功分器的四个输出端对应电连接第1短波信道接收单元至第4短波信道接收单元的输入端，第三功分器的四个输出端对应电连接第5短波信道接收单元至第8短波信道接收单元的输入端。令自然数i取1至8，第i短波信道接收单元包括依次电连接的第i带通滤波器、第i自动增益控制电路、第i前置放大器和第i短波预选器，第i带通滤波器的输入端为第i短波信道接收单元的输入端。

在第i短波信道接收单元中，第i带通滤波器用于对接收的信号进行滤波，第i带通滤波器采用1.5MHz-32MHz的带通滤波器，其插入损耗小于等于1dB(1.5～30MHz)，带内波动小于等于0.5dB，40dB带宽小于等于61.6MHz。第i自动增益控制电路在接收到控制信号时，可以根据控制信号对接收的信号进行自动增益控制，自动增益控制电路采用串行控制方式，可控范围为0～31.5dB，最小步进0.5dB。本发明实施例中，8个接收信道各自拥有自己的自动增益控制电路，可以同时对8个信道分别进行AGC控制。这样可以保证各支路的动态范围，也能避免某一路大信号失真影响到其他通路正常工作。

对于短波接收机来说，接收信号电平取决于射频输入信号以及接收机前端放大增益，由于短波信号是一时变慢衰弱信号，因此射频输入信号大小动态变化很大，没有准确的AGC控制系统对后端的信号处理和通信质量很不利。当短波信号很弱时，需要提高增益，使采样信号能在接近满量程范围进行。当信号很强时，需要减小增益，否则会造成失真。自动增益控制电路的作用就是自动调整接收机的增益，使输入信号幅度控制在一定范围内，提高了接收机的动态接收范围。在本发明中，每个自动增益控制电路采用一级衰减两级放大的电路。射频信号输入先进衰减器，后进放大器。衰减器采用DAT-31R5-SP，第一级放大器采用3SK131电路，第二级放大器采用LMH6703电路。衰减器主要抵制大信号的输入，衰减范围是0-31.5dB。3SK131是RF可控放大器，噪声系数1.3dB，放大增益最大为23dB，工作电压电流：10mA10V。LMH6703是低失真运算放大器，增益10dB。自动增益控制电路的反馈电路主要控制的是衰减器DAT-31R5-SP的衰减倍数和放大器3SK131的放大倍数。

本发明实施例中，第i前置放大器为专用低噪声放大器HE316-1，可提供最大12dB的增益，其噪声系数小于1dB。第i短波预选器用于选择设定频率段短波信号，并用于将选择的窄带信号向外输出。每个短波预选器的频率范围(由每个短波预选器所选择的短波信号频率组成的频率范围)在1.6MHz～30MHz之内，任意两个短波预选器的频率范围互不相同且互不重叠。

本发明实施例中，每个合路器为4合1合路器，每个合路器具有4个输入端和1个输出端，第一合路器的输入端分别电连接第1短波预选器至第4短波预选器的输出端，第二合路器的输入端分别电连接第5短波预选器至第8短波预选器的输出端，射频数字化处理模块的输入端分别电连接所述第一合路器的输出端和第二合路器的输出端，所述射频数字化处理模块用于对接收的信号进行射频数字化处理。可以看出，由8个短波预选器来的8路窄带信号进入2个合路器，共合成2条干路信号，送至射频数字化处理模块进行下一步处理。

参照图2，为本发明的短波预选器的电路结构示意图。本发明实施例中，每个短波预选器包括第一波段控制开关、第二波段控制开关、第一电压调谐滤波器、第二电压调谐滤波器和第三电压调谐滤波器，所述第一电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在1.6MHz到4MHz之间，所述第二电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在4MHz到10MHz之间，第三电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在10MHz到30MHz之间。第一波段控制开关的输入端电连接对应的前置放大器，第一波段控制开关的输出端用于选择性地连接第一电压调谐滤波器的输入端、第二电压调谐滤波器的输入端或第三电压调谐滤波器的输入端；第二波段控制开关的输入端用于选择性地连接第一电压调谐滤波器的输出端、第二电压调谐滤波器的输出端或第三电压调谐滤波器的输出端，第二波段控制开关的输出端电连接对应的合路器；第一波段控制开关所连接的电压调谐滤波器为第二波段控制开关所连接的电压调谐滤波器。

本发明实施例中，每个短波预选器作为一个选择性较好的电调谐窄带滤波器，具有速度快、选频性能好、抑制性高的特点。其电路包括一个固定参数的谐振网络和一些加权电容，对电压调谐滤波器和波段控制开关进行控制时，根据工作中心频率计算调谐参数，通过数字接口电路实现短波预选器所需控制，达到频率跟踪、滤波的目的。短波预选器应用于短波接收机前端，能够滤除收信道杂散，射频信号通过短波预选器滤波后，带外噪声得到进一步的滤除，更易于进行数字解调，提升了短波接收机的实用灵敏度。8路短波预选器由控制电路、存储器、DA转换器、放大器及8路电压调谐滤波器组成。其中8路电调滤波器中每一路均工作在1.6MHz～30MHz，共分为三段：1.6MHz～4MHz，4MHz～10MHz，10MHz～30MHz。每个波段控制开关的通断由控制信号决定，每个电压调谐滤波器的截止频率由接收的电压控制信号决定，具体地说，每个短波预选器的控制模块首先向外输出8路频率控制码，每路频率控制码经D/A转换后，生成8个调谐电压，8个调谐电压信号输出至对应的8个短波预选器的电压调谐滤波器的控制端，这样，每个短波预选器的电压调谐滤波器工作在特定的工作频率范围内，进一步提高带外抑制特性，提升设备实用性。

本发明实施例中，射频数字化处理模块包括ARM处理器、DSP和FPGA，FPGA分别电连接DSP和ARM处理器，ARM处理器的型号为S3C2440X，ARM处理器上设置有SDRAM内存、FLASH存储器和网口，FPGA使用38.4MHz晶振提供时钟，FPGA上设置有可编程只读存储器(PROM)。DSP上设置有FLASH存储器。FPGA的输入端设置有AD9245芯片，AD9245芯片的输入端电连接每个合路器的输出端，用于对接收的8路射频信号进行模数转换，并用于将模数转换后的每路数字信号发送至FPGA。FPGA用于对来自AD9245芯片的每路数字信号进行下变频处理，用于将下变频处理后的每路信号发送至DSP，DSP用于对来自FPGA的每路信号进行基带解调，用于将基带解调生成的每路音频信号向外输出。DSP的输出端电连接有4个语音芯片，DSP用于向每个语音芯片用于输出对应的两路音频信号，每个语音芯片用于将接收的两路音频信号转换为对应两路模拟音频信号。每个语音芯片的型号为AIC20，在每个语音芯片的输出端通过耳机便可听到声音信号。每个语音芯片与主DSP之间通过Mcbsp0和Mcbsp1进行通信。

本发明实施例中，FPGA的输出端还电连接有8个数模转换器，FPGA输出对应的频率控制码值对应的数模转换器，每路频率控制码经D/A转换后，生成8个调谐电压，8个调谐电压信号输出至对应的8个短波预选器的电压调谐滤波器的控制端。

本发明实施例中，FPGA主要负责计算量较大的数字(滤波)变频DDC/DUC处理、各种通信接口及协议的实现。FPGA还用于控制相关器件，具体说明如下，1)FPGA对8路短波预选器的波段控制开关进行控制，实用8对信号线，采用LVTTL电平，通过控制每对信号线的高低电平实现每个短波预选器的波段选择：00表示1.6MHz到4MHz、01表示4MHz到10MHz、10表示10MHz到30MHz；2)FPGA对8个短波预选器的电压调谐滤波器的控制，使用5根信号线，采用LVTTL电平，通过信号线使拥有8路输出的数模转换器输出不同的电压，以便控制对应的电压调谐滤波器的中心频率；3)FPGA对8个自动增益控制电路的衰减器进行控制，对于每个自动增益控制电路，采用3根信号线，实用LVTTL电平，通过信号线控制衰减器的衰减量来完成部分AGC控制；4)FPGA对8个自动增益控制电路的放大器进行控制，输出8个模拟电压信号(大小0～1.7V之间)，通过控制输出不同的电压来控制放大器的增益完成部分AGC控制。本发明中，DSP主要负责控制与基带运算处理，ARM处理器主要完成TCP/IP协议及控制工作。

本发明实施例中，射频数字化处理模块还包括电源处理单元，电源处理单元用于接入来自电源模块的3.3V直流电，用于将3.3V直流电进行线性变压，输出具有以下几种电压的直流电：1.2V、1.25V、1.6V、1.8V、2.5V。

射频数字化处理模块具有如下优点：

1)射频数字化处理模块在数字域完成信号的变频。即近乎直接把从天线来的射频信号送到ADC进行采样，完成数字化变频，从而可使信号较早的进入数字域，采用各种现代信号处理算法完成解调，与在模拟域完成信号的变频相比，可以大大减少模拟域变频所产生的信号的非线性失真及电路的复杂度。

2)射频数字化处理模块具有直接变频体制电路简单的特点，因此可以大大减少器件数量，从而使通过短波接收机的体积大大减小、重量大大减轻。

3)由于射频信号直接进入了数字域，因此通过计算机控制终端可以完成对电台参数的设定，而不需要更改相应的硬件电路，实现远程操控。从而增加了电台功能升级的灵活性和扩展性，缩短了产品的开发周期以及降低了产品更新换代的风险和开发成本。

总体来说，本发明的工作流程可以概括为：从短波天线接收来的射频信号首先进入带通滤波器进行滤波后，再经过低噪声放大器后进入1分2的功分器，再分别进入1分4的功分器，共分出8个支路，每条支路经过自动增益控制电路，经过电调滤波器完成射频信号的放大滤波，将电调滤波器输出的信号送给射频数字化处理模块进行处理。射频数字化处理模块采用射频数字化技术，由模数转化器、FPGA、DSP、ARM完成。模数转化器采用16bits的高速器件完成模数转换；FPGA完成8路信道实现、下变频、信号捕获。DSP主要完成对AIC20控制，并完成信号解调并将信息下传给FPGA，FPGA对接收机的信道工作情况进行控制、查询。

综上所述，本发明使8个信道的射频数字化接收机同时独立工作，在同一时刻对多路短波信号进行接收和解调输出，提高了射频数字化信道接收性能，降低了邻道干扰等。本发明具有如下几个特点：

1)可在设定的频率上建立接收信道，最大可支持信道数为8路，并可根据用户需要进行信道参数设置。

2)射频数字化处理模块采用DSP结合FPGA技术，直接对短波信号完成解调，大大降低了以往传统电路的繁杂度及调试难度，同时功耗、体积等可大大降低。

3)每个短波预选器作为一个选择性较好的电调谐窄带滤波器，具有速度快、选频性能好、抑制性高的特点。应用于短波接收机前端，滤除收信道带外噪声杂散，更易于进行数字解调，提升了短波接收的实用灵敏度。

4)采用8路AGC(自动增益控制)独立控制技术。本发明分别对8个通道的信号进行增益控制，增大通道的动态范围，使得短波接收机在通信过程中能够对幅度较大的信号和幅度较小的信号进行对应的处理，使接收机正常工作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种多信道短波接收装置，其特征在于，包括：第一功分器至第三功分器、第一合路器、第二合路器、射频数字化处理模块以及第1短波信道接收单元至第8短波信道接收单元，所述第一功分器为一分二功分器，所述第一功分器的输入端用于接入短波信号，所述第一功分器的一个输出端电连接第二功分器的输入端，另一输出端电连接第三功分器的输入端；所述第二功分器为一分四功分器，所述第三功分器为一分四功分器，所述第二功分器的四个输出端对应电连接第1短波信道接收单元至第4短波信道接收单元的输入端，所述第三功分器的四个输出端对应电连接第5短波信道接收单元至第8短波信道接收单元的输入端；

令自然数i取1至8，第i短波信道接收单元包括依次电连接的第i带通滤波器、第i自动增益控制电路、第i前置放大器和第i短波预选器，第i带通滤波器的输入端为第i短波信道接收单元的输入端；每个短波预选器用于选择设定频率段的短波信号，并用于将选择的短波信号向外输出；每个合路器具有4个输入端和1个输出端，第一合路器的输入端分别电连接第1短波预选器至第4短波预选器的输出端，第二合路器的输入端分别电连接第5短波预选器至第8短波预选器的输出端，所述射频数字化处理模块的输入端分别电连接所述第一合路器的输出端和第二合路器的输出端，所述射频数字化处理模块用于对接收的信号进行射频数字化处理。

2.如权利要求1所述的一种多信道短波接收装置，其特征在于，在第一功分器的输入端还设置有低噪声放大器、以及用于对接收的信号进行带通滤波的带通滤波模块，所述带通滤波模块的输入端用于接入短波信号，所述低噪声放大器的输入端电连接所述带通滤波模块的输出端，所述低噪声放大器的输出端电连接第一功分器的输入端。

3.如权利要去1所述的一种多信道短波接收装置，其特征在于，每个短波预选器包括第一波段控制开关、第二波段控制开关、第一电压调谐滤波器、第二电压调谐滤波器和第三电压调谐滤波器，所述第一电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在1.6MHz到4MHz之间，所述第二电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在4MHz到10MHz之间，第三电压调谐滤波器所选择的短波信号频率在10MHz到30MHz之间；

所述第一波段控制开关的输入端电连接对应的前置放大器，所述第一波段控制开关的输出端用于选择性地连接第一电压调谐滤波器的输入端、第二电压调谐滤波器的输入端或第三电压调谐滤波器的输入端；所述第二波段控制开关的输入端用于选择性地连接第一电压调谐滤波器的输出端、第二电压调谐滤波器的输出端或第三电压调谐滤波器的输出端，所述第二波段控制开关的输出端电连接对应的合路器；所述第一波段控制开关所连接的电压调谐滤波器为所述第二波段控制开关所连接的电压调谐滤波器。

4.如权利要求1所述的一种多信道短波接收装置，其特征在于，每个短波预选器的频率范围在1.6MHz～30MHz之内，任意两个短波预选器的频率范围互不相同。

5.如权利要求1所述的一种多信道短波接收装置，其特征在于，每个带通滤波器的通带为1.5MHz-32MHz，每个自动增益控制电路为电控衰减器，每个前置放大器为低噪声放大器。