频谱侦测装置的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，特别涉及频谱侦测装置。


背景技术：

2.在一些应用场景中，需要对无线电发射设备进行侦测，以确定无线电发射设备的方向等信息。例如无线电发射设备为无人机等设备。
3.目前，无人机已成为许多数码爱好者的必备产品，同时在森林防火、交通、安防等行业领域也发挥着极大的作用。但是在某些特殊区域，比如机场，无人机给这些敏感区域带来了安全隐患。因此亟需发展对无人机的频谱侦测装置，以完成对无人机的探测与反制，实现特殊地区的安防保障。
4.无人机的工作频段主要集中在1.4ghz、2.4ghz以及5.8ghz频段。由于缺少统一规范，不乏一些433mhz、800mhz以及900mhz频段的无人机出现。因此，频谱侦测装置需要支持多频点工作甚至超宽带工作。频谱侦测装置通常包括射频接收链路和变频芯片。
5.然而，超宽带的频谱侦测装置的灵敏度问题成为制约相关设计的难点。
6.因此，如何在超宽带的频谱侦测装置中提高灵敏度是需要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.为此，本技术提出了新的频谱侦测装置，能够提高侦测灵敏度。
8.根据本技术一个方面，提供一种频谱侦测装置，包括：
9.至少一个接收链路，每个接收链路包括至少两个接收通道；
10.变频处理单元，对接收链路的输出信号进行变频处理，以输出基带信号；
11.其中，接收通道，包括：
12.至少一个天线单元；
13.信号放大器，其输入端与所述至少一个天线单元耦接；
14.第一射频开关，其输入端与信号放大器耦接；
15.多个带通滤波器，每个带通滤波器的输入端与第一射频开关耦接，每个带通滤波器的输出端与变频处理单元耦接；
16.其中，第一射频开关用于从多个带通滤波器中选定与待侦测频带对应的带通滤波器，并将选定的带通滤波器与信号放大器接通。
17.在一些实施例中，频谱侦测装置进一步包括信号处理单元，用于：
18.根据待侦测的频点，确定一个待侦测的频带，并指示所述第一射频开关选定与待侦测频带对应的带通滤波器；其中，所述待侦测的频带与所述带通滤波器之一的通带相同，所述待侦测的频带包括所述待侦测的频点中至少一部分。在一些实施例中，频谱侦测装置进一步包括信号处理单元，用于：
19.根据待侦测的频点，确定多个待侦测的频带，每个待侦测的频带与所述带通滤波器之一的通带相同，每个待侦测的频带包括所述待侦测的频点中至少一部分；
20.指示所述第一射频开关交替选定所述多个待侦测的频带对应的带通滤波器之一。
21.在一些实施例中，所述每个接收通道进一步包括：
22.第二射频开关，耦接在所述至少一个天线单元和所述信号放大器之间，用于从所述至少一个天线单元中选定与待侦测方向对应的天线单元，并将选定的天线单元的输出信号输入到所述信号放大器。
23.在一些实施例中，所述每个接收通道进一步包括：
24.第三射频开关，耦接在所述多个带通滤波器和所述变频处理单元之间，用于从所述多个带通滤波器中选定一个带通滤波器，并将选定的带通滤波器的输出信号输入到所述变频处理单元，所述第三射频开关与所述第一射频开关同步选定相同的带通滤波器。
25.在一些实施例中，所述至少一个接收链路包括：
26.第一频段的接收链路；
27.第二频段的接收链路；
28.其中，第一频段与第二频段存在频率重叠。
29.在一些实施例中，所述第一频段的接收链路中每个接收通道包括两个带通滤波器，两个带通滤波器的频带分别为400mhz-600mhz和600mhz-1ghz；
30.所述第二频段的接收链路中每个接收通道包括四个带通滤波器，四个带通滤波器的频带分别为1ghz-1.5ghz、1.5ghz-2.4ghz、2.4ghz-4ghz以及4ghz-6ghz。
31.在一些实施例中，所述多个带通滤波器中截止频率相邻的任意两个带通滤波器，被配置为：
32.两个带通滤波器存在频率重叠；
33.每个带通滤波器的高频截止频率低于该带通滤波器的低频截止频率的二倍频。
34.在一些实施例中，频谱侦测装置进一步包括信号处理单元，其输入端与所述变频处理单元耦接，用于：根据所述基带信号，确定信号源方向。
35.在一些实施例中，所述信号处理单元根据下述方式确定信号源方向：
36.对所述基带信号进行解码，以得到解码结果；
37.根据所述至少两个接收通道各自对应的基带信号的解码结果，确定信号源的方向。
38.在一些实施例中，所述信号处理单元包括：
39.现场可编程门阵列，用于对所述基带信号进行解码，以输出解码结果；
40.中央处理器，用于根据所述解码结果的信号幅度或者信号相位，确定信号源的方向。
41.在一些实施例中，所述多个带通滤波器为lc带通滤波器，所述信号放大器为高线性低噪声放大器。
42.综上，根据本技术实施例的频谱侦测装置，通过第一射频开关和多个带通滤波器的布局，能够对接收链路接收到的射频信号进行频带划分和输出选定的带通滤波器的输出信号。例如，在频谱侦测装置选定单个接收通道内一个的带动滤波器时，选定的带通滤波器可以输出带内信号，并且抑制带外信号。在此基础上，带外信号不会对带内信号进行混频干扰。由此可见，频谱侦测装置通过对接收链路接收到的射频信号进行频带划分和控制多个带通滤波器的信号输出，能够实现接收链路的抗混频处理，从而提高频谱侦测装置的抗混
频干扰能力，进而提高侦测灵敏度。另外说明的是，通过对接收链路接收到的射频信号进行频带划分和控制多个带通滤波器的信号输出，相比采用超外差式接收机，可以节省频谱侦测装置的空间。
附图说明
43.图1示出了一些实施例的应用场景的示意图；
44.图2示出了根据本技术一些实施例的频谱侦测装置200的示意图；
45.图3示出了根据本技术一些实施例的频谱侦测装置300的示意图。
具体实施方式
46.为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术进一步详细说明。
47.在一些应用场景中，为了提高侦测灵敏度，本技术一些实施例可以采用超外差式接收机实现频谱侦测装置。超外差式接收机通过多次变频以及中频滤波可以实现很好的带外抑制。然而，由于采用多次变频和多次中频滤波，超外差式接收机存在体积大、成本高等问题。
48.为此，本技术提出了一种频谱侦测装置，能够在不采用超外差式接收机的前提下，提高混频抗干扰能力，进而提高侦测灵敏度。
49.图1示出了一些实施例的应用场景的示意图。
50.如图1所示，应用场景可以包括多个无人机110。另外，应用场景还包括频谱侦测装置120。频谱侦测装置120可以接收周围无人机等设备的射频信号，并根据接收的射频信号，进行信号源定位。另外说明的是，本技术的频谱侦测装置120不限于侦测无人机，也可以是其他发出射频信号的信号源。
51.频谱侦测装置120可以包括变频处理单元和一个或多个接收链路。在频谱侦测装置120包括多个接收链路的场景中，不同的接收链路对应不同的频段。每个接收链路包括至少两个接收通道。
52.变频处理单元可以对接收链路的输出信号进行变频处理，以输出基带信号。这样，基于基带信号，本技术的频谱侦测装置可以定位信号源。
53.每个接收通道包括：至少一个天线单元、信号放大器、第一射频开关和多个带通滤波器。信号放大器的输入端与天线单元耦接。第一射频开关的输入端与信号放大器耦接。每个带通滤波器的输入端与第一射频开关耦接，每个带通滤波器的输出端与变频处理单元耦接。其中，第一射频开关用于根据待侦测的频带从多个带通滤波器中选定与待侦测频带对应的带通滤波器，并将选定的带通滤波器与信号放大器接通。选定的带通滤波器输出带内信号并抑制待侦测的频带之外的信号，以便接收链路抑制待侦测频带之外的信号干扰。
54.例如，图2示出了根据本技术一些实施例的频谱侦测装置200的示意图。图2示出了接收链路230。该接收链路230的频段例如为400mhz-1ghz或者1ghz-6ghz，但不限于此。
55.图2中接收链路230包括两个接收通道，即接收通道210和220。接收通道210和220的拓扑结构相同。下面以接收通道210为例，对单个接收通道的结构进一步说明。
56.接收通道210可以包括至少一个天线单元，例如图2中天线单元211。接收通道210
还包括信号放大器221、第一射频开关231、第一带通滤波器241和第二带通滤波器242。
57.在接收通道210包括一个天线单元时，天线单元可以直接与信号放大器221连接。在接收通道210包括多个天线单元时，多个天线单元可以通过一个射频开关(例如为第二射频开关)与信号放大器221耦接。这样，射频开关可以从多个天线单元中选定一个天线单元，并将选定的天线单元的输出信号输入到信号放大器221中。
58.在接收链路230的频段为400mhz-1ghz时，第一带通滤波器241和第二带通滤波器242的频带分别为400mhz-600mhz以及600mhz-1ghz。另外，每个接收通道除了可以设置为包括两个带通滤波器(即241和242)之外，也可以设置为包括更多的带通滤波器。例如，接收通道包括四个带通滤波器。四个带通滤波器的频带例如分别为：1ghz-1.5ghz、1.5ghz-2.4ghz、2.4ghz-4ghz以及4ghz-6ghz。
59.第一射频开关231可以从第一带通滤波器241和第二带通滤波器242中选定一个带通滤波器。这里，第一射频开关231可以根据待侦测的频带选定带通滤波器。例如，在对400mhz-600mhz的频带内频点进行频谱侦测时，第一射频开关231可以选定第一带通滤波器241，并将信号放大器221的输出信号输入到第一带通滤波器241中。这样，第一带通滤波器241对来自信号放大器221的信号进行滤波后，可以输出到变频处理单元250。变频处理单元250可以对来自第一带通滤波器241的信号进行变频处理，以输出基带信号。另外，在对600mhz-1ghz的频带内频点进行频谱侦测时，第一射频开关231可以选定第二带通滤波器242，并将信号放大器221的输出信号输入到第二带通滤波器242中。另外说明的是，频谱侦测装置200可以包括执行频谱侦测任务的处理器(图2未示出)。该处理器根据频谱侦测任务控制第一射频开关231的工作，以便第一射频开关231选定带通滤波器。例如，频谱侦测任务为：侦测500mhz-700mhz频带内的频点510mhz、550mhz、650mhz和680mhz。其中，510mhz和550mhz处于第一带通滤波器241的通带内，650mhz和680mhz处于第二带通滤波器242的通带内。第一射频开关231可以切换选定第一带通滤波器241和第二带通滤波器242。例如，在第一时间频段选定第一带通滤波器241，并在第二时间片段内选定第二带通滤波器242。第一时间片段和第二时间片段不存在重叠时段。在第一时间片段内，如果天线单元211接收到510mhz和550mhz的信号，第一带通滤波器241可以使得510mhz和550mhz的信号通过，并抑制带外信号(例如650mhz和680mhz等频点的信号)。在第二时间片段内，如果天线单元211接收到650mhz和680mhz的信号，第二带通滤波器242可以使得650mhz和680mhz的信号通过，并抑制带外信号(例如510mhz和550mhz等频点的信号)。综上，根据本技术实施例的频谱侦测装置120，通过第一射频开关和多个带通滤波器的布局，能够对接收链路接收到的射频信号进行频带划分和输出选定的带通滤波器的输出信号。例如，在频谱侦测装置120选定单个接收通道内一个的带动滤波器时，选定的带通滤波器可以输出带内信号，并且抑制带外信号。在此基础上，带外信号不会对带内信号进行混频干扰。由此可见，频谱侦测装置120通过对接收链路接收到的射频信号进行频带划分和控制多个带通滤波器的信号输出，能够实现接收链路的抗混频处理，从而提高频谱侦测装置120的抗混频干扰能力，进而提高侦测灵敏度。另外说明的是，通过对接收链路接收到的射频信号进行频带划分和控制多个带通滤波器的信号输出，相比采用超外差式接收机，可以节省频谱侦测装置120的空间。
60.为了更清楚描述本技术的接收链路的技术效果，下面对未进行抗混频处理的情况进行说明。
61.在接收链路未进行抗混频处理的场景中，变频处理单元在进行变频工作时，变频处理单元的射频输入信号例如为f
rf
，变频处理单元的本振信号例如为f
lo
，变频处理单元的输出信号例如为f
if
，三个信号之间的关系满足：
62.f
if
＝nf
rf
±
mf
lo
，其中m和n为整数。
63.例如，频谱侦测装置支持的侦测频率范围为1ghz-6ghz,变频处理单元的输出信号f
if
设计为2mhz。变频处理单元所想接收的目标射频输入信号f
rf
为5802mhz，则变频处理单元本振信号f
lo
根据设计需求设置为5800mhz。当此时环境中同时存在其它的无线电信号f
rf1
为1934mhz或者f
rf2
为2901mhz时，f
rf1
与f
rf2
进入变频处理单元后，根据变频处理单元的工作特性，变频处理单元同样为f
rf1
与f
rf2
产生了2mhz频段的干扰信号f
if1
与f
if2
。混频干扰信号满足：
64.f
if
＝nf
rf
±
mf
lo
65.例如，混频干扰信号f
if1
＝3*f
rf1-f
lo
＝3*1934-5800＝2，f
if2
＝2*f
rf2-f
lo
＝2*2901-5800＝2，此时2mhz频段的混频干扰信号f
if1
以及f
if2
与实际f
rf
信号变频产生的中频信号f
if
频段重叠，干扰正常信号的解调。
66.另外，在采用图2的频谱侦测装置120的场景中，频谱侦测装置120例如包括四个带通滤波器的频带例如分别为：1ghz-1.5ghz、1.5ghz-2.4ghz、2.4ghz-4ghz以及4ghz-6ghz。针对输入信号f
rf
为5802mhz，频谱侦测装置120可以选定4ghz-6ghz的带通滤波器，即采用4ghz-6ghz的带通滤波器进行滤波处理。4ghz-6ghz的带通滤波器可以过滤掉信号f
rf1
和f
rf2
，从而可以避免由f
rf1
和f
rf2
产生的混频干扰。
67.综上，通过对接收链路接收到的射频信号进行频带划分和控制带通滤波器的选定，根据本技术的频谱侦测装置，可以利用带通滤波器对带外信号进行抑制，从而能够避免带外信号的高次混频信号的干扰，从而提高抗混频干扰的能力，进而提高侦测灵敏度。
68.图3示出了根据本技术一些实施例的频谱侦测装置300的示意图。
69.如图3所示，频谱侦测装置300可以包括两个接收链路，即第一频段的接收链路310和第二频段的接收链路320。第一频段与第二频段存在频率重叠。第一频段的接收链路310侦测的频段例如为400mhz-1ghz。第二频段的接收链路320侦测的频段例如为1ghz-6ghz。
70.接收链路310例如包括两个布局相同的接收通道。其中，一个接收通道包括：天线阵列311、第二射频开关312、信号放大器313、第一射频开关314、第三带通滤波器315、第四带通滤波器316和第三射频开关317。
71.图3中天线阵列311包括4个天线单元。实际上，取决于天线单元的瓣束宽度和侦测精度要求，本技术的实施例可以增加或减少天线阵列311中天线单元的数量。例如，天线阵列311中天线单元的数据还可以设置为2个、6个或8个，本技术对此不做限制。
72.第二射频开关312耦接在天线阵列311和信号放大器313之间。第二射频开关312用于从天线阵列311中选定与待侦测方向对应的天线单元，并将选定的天线单元的输出信号输入到信号放大器。换言之，第二射频开关312可以控制天线阵列311的选通。被选通的天线单元可以向信号放大器313输出电信号。这里，天线阵列311中不同天线单元对应不同的主瓣方向。这样，第二射频开关312选定不同的天线单元时，可以对不同方向的射频信号进行接收。第二射频开关312可以依次在不同的时间片段中选定不同的天线单元，以对多个方向进行信号接收。例如，第二射频开关312可以周期性切换对天线单元的选定，以便对多个方
向的射频信号进行侦测。换言之，第二射频开关312通过选定不同的天线单元，以侦测不同的待侦测方向的射频信号。
73.信号处理单元340可以根据频谱侦测任务控制第二射频开关312的工作，以便第二射频开关312选定天线单元。
74.第一射频开关314耦接在信号放大器313和多个带通滤波器(即315和316)之间。第一射频开关314用于从多个带通滤波器中选定一个带通滤波器，并将选定的带通滤波器与信号放大器313接通。第一射频开关314可以根据待侦测的频带选定带通滤波器。例如，第三带通滤波器315的频带为400mhz-600mhz，第四带通滤波器316的频带为600mhz-1ghz。
75.在一些实施例中，信号处理单元340可以根据待侦测的频点，确定一个待侦测的频带，并指示第一射频开关314选定与待侦测频带对应的带通滤波器。待侦测的频带与带通滤波器之一的通带相同。待侦测的频带包括待侦测的频点中至少一部分。例如，频谱侦测任务是侦测500mhz-700mhz频带内的频点510mhz、550mhz、650mhz和680mhz。其中，510mhz和550mhz处于第三带通滤波器315的通带内，650mhz和680mhz处于第四带通滤波器316的通带内。因此，信号处理单元340可以确定待侦测频带为：400mhz-600mhz，以及600mhz-1ghz之一。
76.在一些实施例中，信号处理单元340可以根据待侦测的频点，确定多个待侦测的频带。每个待侦测的频带与所述带通滤波器之一的通带相同，每个待侦测的频带包括所述待侦测的频点中至少一部分。信号处理单元340可以指示第一射频开关314交替选定所述多个待侦测的频带对应的带通滤波器之一。例如，频谱侦测任务是侦测500mhz-700mhz频带内的频点510mhz、550mhz、650mhz和680mhz。其中，510mhz和550mhz处于第三带通滤波器315的通带内，650mhz和680mhz处于第四带通滤波器316的通带内。因此，信号处理单元340可以确定待侦测频带为：400mhz-600mhz，以及600mhz-1ghz。第一射频开关314可以交替选定第三带通滤波器315和第四带通滤波器316中一个。
77.例如，在第一时间频段选定第三带通滤波器315，并在第二时间片段内选定第四带通滤波器316。第一时间片段和第二时间片段不存在重叠时段。第三带通滤波器315可以使得510mhz和550mhz的信号通过，并抑制带外信号(例如650mhz和680mhz等频点的信号)。第四带通滤波器316可以供650mhz和680mhz的信号通过，并抑制带外信号(例如510mhz和550mhz等频点的信号)。
78.在对400mhz-600mhz的频带内频点(例如，510mhz和550mhz等频点)进行频谱侦测时，第一射频开关314可以选定第三带通滤波器315，并将信号放大器313的输出信号输入到第三带通滤波器315中。这样，第三带通滤波器315对来自信号放大器313的信号进行滤波。另外，在对600mhz-1ghz的频带内频点(例如，650mhz和680mhz)进行频谱侦测时，第一射频开关314可以选定第四带通滤波器316，并将信号放大器313的输出信号输入到第四带通滤波器316中。第三射频开关317，耦接在多个带通滤波器(即315和316)和变频处理单元330之间。第三射频开关317用于从多个带通滤波器中选定一个带通滤波器，并将选定的带通滤波器的输出信号输入到变频处理单元330。第一射频开关314和第三射频开关317是同步工作的。在选定带通滤波器时，信号处理单元340控制第一射频开关314和第三射频开关317去选定同一个带通滤波器。换言之，第三射频开关317与第一射频开关314同步选定相同的带通滤波器，以便接收链路侦测选定的带通滤波器的通带范围内频点。这样，频谱侦测装置120
在需要不同的带通滤波器进行信号过滤时，可以通过第一射频开关314和第三射频开关317来切换向变频处理单元输出信号的带通滤波器。
79.第二频段的接收链路320包括两个布局相同的接收通道。一个接收通道包括：天线阵列321、第二射频开关322、信号放大器323、第一射频开关324、第五带通滤波器325、第六带通滤波器326、第七带通滤波器327、第八带通滤波器328和第三射频开关329。
80.第五带通滤波器325、第六带通滤波器326、第七带通滤波器327和第八带通滤波器328的频带例如为分别为1ghz-1.5ghz、1.5ghz-2.4ghz、2.4ghz-4ghz以及4ghz-6ghz。
81.在一些实施例中，单个接收通道内截止频率相邻的任意两个带通滤波器，被配置为满足以下两个条件。
82.第一个条件为，两个带通滤波器存在频率重叠。换言之，第一个带通滤波器的高频截止频率高于第二个带通滤波器的低频截止频率。第一个带通滤波器为两个带通滤波器中高频(低频)截止频率较低的一个带通滤波器。第二个带通滤波器为两个带通滤波器中高频(低频)截止频率较高的一个带通滤波器。
83.第二个条件为：每个带通滤波器的高频截止频率低于该带通滤波器的低频截止频率的二倍频。
84.为了更形象描述带通滤波器的配置，下面举例进行说明。
85.例如，一个接收通道的通带频率可以划分为m个频带。换言之，一个接收通道包括m个带通滤波器。m为大于1的正整数。
86.按照高频(低频)截止频率由小到大对m个带通滤波器进行排序，得到一个滤波器序列。假设，fl
n
为滤波器序列中第n个带通滤波器的低频截止频率，fh
n
为第n个带通滤波器的高频截止频率，fl
n+1
为第n+1个滤波器的低频截止频率。则滤波器序列内每个滤波器的频率划分需要满足下述公式：
87.fl
n+1
<fh
n
<2
×
fl
n
，其中，n为整数，且1≤n＜m。
88.另外，第一频段与第二频段存在频率重叠。
89.综上，通过将带通滤波器配置为满足上述两个条件，本技术实施例的频谱侦测装置能够抑制带通滤波器的频带内频点的二倍频以及高次混频的干扰，从而极大提高接收链路的抗混频干扰能力，从而提高侦测灵敏度。
90.信号处理单元340的输入端与变频处理单元330耦接。信号处理单元340可以根据基带信号，确定信号源方向，即确定信号源相对于基带信号的方向。
91.在一些实施例中，信号处理单元340可以对基带信号进行解码，以得到解码结果。在此基础上，根据至少两个接收通道各自对应的基带信号的解码结果，信号处理单元340可以确定信号源的方向。这样，信号处理单元340根据信号源的方向，可以确定发出射频信号的设备的方向。
92.在一些实施例中，信号处理单元340可以根据至少两路接收通道对应的解码结果的信号幅度或者信号相位，确定信号源的方向。这样，信号处理单元340可以对频谱侦测装置300接收到的射频信号进行定位，进而对发出射频信号的设备(例如无人机110)进行定位。
93.在一些实施例中，信号处理单元340可以包括现场可编程门阵列(fpga)和中央处理器(cpu)。其中，现场可编程门阵列，用于对基带信号进行解码，以输出解码结果。中央处
理器用于根据解码结果的信号幅度或者信号相位，确定信号源的方向。
94.在一些实施例中，频谱侦测装置120中带通滤波器为lc带通滤波器。这样，根据覆盖频带的需要，频谱侦测装置120可以调节带通滤波器的截止频率。另外，频谱侦测装置120中信号放大器为高线性低噪声放大器，以便降低非线性失真干扰。
95.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。