一种宽带双通道无线信号接收机的制作方法

本实用新型涉及低空安防技术领域，更具体涉及一种宽带双通道无线信号接收机。

背景技术：

随着民用无人机的产业迅猛发展，无人机的多种多样，单一频率、功能简单的接收机已经无法满足无人机侦测反制的需求。如图1所示，超外差式接收机虽然有很高的邻道选择性和接收灵敏度，但为了规避镜像杂散信号和带内交调信号，不可避免会使用较为昂贵，体积较大的离散滤波器存在，多次变频也使得超外差式接收机方案复杂，集成度不高，功耗较大，难以用较低成本实现。

因此，采用零中频式射频前端结构的宽带双通道无线信号接收接逐渐进入无人机帧测市场。零中频集成度相比传统超外差式接收机有不可比拟的高集成度，以及无镜像干扰问题；接收机的信道选择和增益控制功能在基带可以出色的完成。零中频式结构也会有其本身的缺点，本振泄露信号通过低噪声放大器到达混频器后和本振信号进行了自混频，从而产生了直流分量；由于零中频接收机采用的是正交混频，得到的IQ两路的幅度相位的一点不平衡都会导致解调信号的星座图恶化。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于现有接收机结构复杂、集成度不高、功耗较大、成本高。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种宽带双通道无线信号接收机，包括：两路接收通道，FPGA处理器，所述两路接收通道与所述FPGA处理器连接，每路接收通道都包括单刀八掷开关、第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器、频段处理模块、第二数控衰减器、放大器、巴伦电路、第一混频器、第二混频器、本地振荡器、第一基带滤波器、第二基带滤波器、第一ADC、第二ADC、第一数字信号处理模块、第二数字信号处理模块、高速数据采集接口，所述单刀八掷开关、第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器、频段处理模块、第二数控衰减器、放大器、巴伦电路依次进行连接，巴伦电路、本地振荡器都与第一混频器、第二混频器连接，第一混频器、第一基带滤波器、第一ADC、第一数字信号处理模块依次连接，第二混频器、第二基带滤波器、第二ADC、第二数字信号处理模块依次连接，第一数字信号处理模块、第二数字信号处理模块都与高速数据采集接口连接，高速数据采集接口与FPGA处理器连接。

更进一步地，所述频段处理模块包括两个单刀五掷开关、第一数控衰减器、带通滤波器，第一数控衰减器与带通滤波器连接，并连接在两单刀五掷开关之间，与第一数控衰减器连接的单刀五掷开关与第二级低噪声放大器连接，与带通滤波器连接的单刀五掷开关与第一数控衰减器连接。

更进一步地，所述第一数字信号处理模块、所述第二数字信号处理模块都包括抽取器、调节放大器、滤波器，所述抽取器、所述调节放大器、所述滤波器依次进行连接，所述第一ADC、所述第二ADC分别与所述第一数字信号处理模块、第二数字信号处理模块中的抽取器连接，所述滤波器与所述高速数据采集接口连接。

更进一步地，所述高速数据采集接口选用JESD204B接口。

更进一步地，所述单刀八掷开关、第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器、频段处理模块、第二数控衰减器、放大器属于接收机的前端器件，巴伦电路、第一混频器、第二混频器、本地振荡器、第一基带滤波器、第二基带滤波器、第一ADC、第二ADC、第一数字信号处理模块、第二数字信号处理模块、高速数据采集接口属于接收机的后端器件。

更进一步地，所述接收机前端的天线接口通过SMA电缆与外部天线相连并作为信号输入，接收机前端的输出接口与接收机后端的输入接口通过SMA电缆相连接。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

本实用新型中，接收机的主要功能是将天线接收到的无线射频信号在内部放大滤波后下变频到基频再经过AD转换为数字信号传输给后级的FPGA进行运算处理；接收机从天线接收到的信号分为两个相同的接收通道处理后进入FPGA处理器进行处理，测定对应的相位差，利用相位差解出信号来波方向，即无人机遥控或无人机方位。本接收机将无人机应用的无线信号频率进行了频率分段处理，当天线侦测不同距离的无人机信号时，进入接收机的功率动态范围比较大，需要接收机内部的数控衰减器和可变增益放大器配合外部FPGA完成数字自动增益控制功能，本接收机针对市场上无人机频段的多样性，本接收机将无人机应用的无线信号频率进行频率分段处理。本接收机采用零中频式接收机，使得能够以较低的成本和体积完成无人机无线信号的接收功能，即本接收机结构简单、集成度高、功耗较小、成本低。

附图说明

图1为现有技术的接收机的总体示意图。

图2为本实用新型实施例的一种宽带双通道无线信号接收机的电路示意图。

图3为本实用新型实施例的一种宽带双通道无线信号接收机的外形示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种宽带双通道无线信号接收机，包括：两路接收通道，FPGA处理器，两路接收通道与FPGA处理器连接，每路接收通道都包括单刀八掷开关、第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器、频段处理模块、第二数控衰减器、放大器、巴伦电路、第一混频器、第二混频器、本地振荡器、第一基带滤波器、第二基带滤波器、第一ADC、第二ADC、第一数字信号处理模块、第二数字信号处理模块、高速数据采集接口；

参见图2所示，以其中一路接收通道的连接关系进行描述，另一路接收通道的连接关系是相同的。具体的，每路接收通道都包括单刀八掷开关10、第一级低噪声放大器20、第二级低噪声放大器30、频段处理模块200、数控衰减器80、放大器90、巴伦电路100、混频器110、混频器111、本地振荡器120、基带滤波器130、基带滤波器131、ADC140、ADC141、数字信号处理模块300、数字信号处理模块400、高速数据采集接口180，单刀八掷开关10、第一级低噪声放大器20、第二级低噪声放大器30、频段处理模块200、数控衰减器80、放大器90、巴伦电路100依次进行连接，巴伦电路100、本地振荡器120都与混频器110、混频器111连接，混频器110、基带滤波器130、ADC140、数字信号处理模块300依次连接，混频器111、基带滤波器131、ADC141、数字信号处理模块400依次连接，数字信号处理模块300、数字信号处理模块400都与高速数据采集接口180连接，高速数据采集接口180与FPGA处理器190连接，其中，单刀八掷开关与天线进行连接。其中，图中，SP8T表示单刀八掷开关，LNA(Low Noise Amplifier)表示低噪声放大器。

频段处理模块200包括单刀五掷开关40、数控衰减器50、带通滤波器60、单刀五掷开关70，数控衰减器50与带通滤波器60连接，并连接在单刀五掷开关40、单刀五掷开关70之间，与数控衰减器50连接的单刀五掷开关40与第二级低噪声放大器30连接，与带通滤波器60连接的单刀五掷开关70与数控衰减器80连接。图中，SP5T表示单刀五掷开关。

数字信号处理模块300包括抽取器150、调节放大器160、滤波器(Finite Impulse Response,FIR)170，抽取器150、调节放大器160、FIR170依次进行连接，数字信号处理模块400包括抽取器151、调节放大器161、滤波器171，抽取器151、调节放大器161、FIR171依次进行连接，ADC140、ADC141分别与数字信号处理模块300、数字信号处理模块400中的抽取器150、抽取器151连接，FIR170、FIR171都与高速数据采集接口180连接。

具体的，高速数据采集接口选用JESD204B接口。单刀八掷开关10、第一级低噪声放大器20、第二级低噪声放大器30、频段处理模块200、数控衰减器80、放大器90属于接收机的前端器件，巴伦电路100、混频器110、混频器111、本地振荡器120、基带滤波器130、基带滤波器131、ADC140、ADC141、数字信号处理模块300、数字信号处理模块400、高速数据采集接口180属于接收机的后端器件，另一路的接收通道的器件与所属于接收机的前端器件还是后端器件，与该路的接收通道相同。

接收机前端的天线接口通过SMA电缆与外部天线相连并作为信号输入，接收机前端的输出接口与接收机后端的输入接口通过SMA电缆相连接。

具体的，接收机前端的天线选择通过内部的单刀八掷开关来实现，能够随时控制接收机接收哪路天线的无线信号，通过两级低噪声放大器对信号进行放大后，再两单刀五掷开关负责DC～6GHz具体频段的选通，五个频段的具体频率范围为5725-5825MHz、2402-2483.5MHz、1430-1446MHz、900-930MHz、840-845MHz，分别为无线WIFI频率、无线WIFI频率、用于无人机下行遥测与信息传输链路，ISM频率、用于无人机上行遥控链路；再经过数控衰减器、放大器对信号进行放大后，再经过本地振荡器与混频器连接，对产生的IQ混频处理后进行变频、滤波、ADC数据采样转换为数字信号，并对数字信号进行抽取、调节放大、滤波后，通过高速数据采集接口传输给后级的FPGA进行运算处理；接收机从天线接收到的信号分为两个相同的接收通道RX1和RX2处理后进行FPGA进行运算处理，测得对应信号的相位差，利用相位差解出信号来波方向，即无人机遥控或无人机方位。该接收机的增益控制功能能够根据外部无线信号的强弱进行自动增益调节。

具体的，接收机输入功率的计算为：无人机等信号源发射功率为P无人机为26dBm，最远传输距离D为3公里，其中最远距离能够传输到100m远，按照天线增益G为5dBi计算，根据自由空间损耗LBF＝32.5+20LgF(MHz)+20LgD(Km)，其中F为频率；同时能够计算出无人机无线信号在不同传输距离时经天线接收后进入接收接前的输入功率范围Pin＝P无人机+G-LBF，则将五段范围的不同频率代入公式进行计算得：

5725-5825MHz：-56dBm～-86.4dBm；

2402-2483.5MHz：-49.2dBm～-79dBm；

1430-1446MHz：-44.6dBm～-74.3dBm；

900-930MHz：-40.6dBm～-70.4dBm；

840-845：-40dBm～-69.6dBm；

综上，计算出的输入功率的范围，则故整个频段的输入功率动态范围-40dBm～-86.4dBm之间。

具体的，灵敏度计算为：无线WIFI信号频率的最大瞬时宽带BW为100MHz，接收机噪声系统NF可以做到4dB以内，根据接收机临界灵敏度计算公式Simin(dBm)＝-114+101LgBW(MHz)+101LgNF，可计算各频段中最差临界灵敏度值为-88dBm。

具体的，增益计算为：当小信号输入时，如表1所示：

表1：

具体的，增益计算为：当大信号输入时，如表2所示：

表2：

如图3所示，接收机的具体外部结构示意图，接收机前端的天线1-天线16接口通过SMA电缆与外部天线相连作为信号输入，接收机前端的输出口与接收机后端的RF1、RF1’输入口通过SMA电缆相连接，整个接收机的高速数字信号通过LSS-130-XX-XX-DV-A接插件输出给后面的FPGA处理器进行运算处理。

综上，接收机决定了侦测系统能够探测无人机的最远距离，天线增益基于5dBi计算，本接收机能够接收到3公里外的无人机发射的无线信号，即接收机敏度大于三公里外无人机发射的无线信号进入天线后的功率；由于接收机的输入功率动态范围-40dBm～-86.4dBm,而收发器内部的可变增益放大器调节动态为30dB，故需额外增加一级数控衰减器来满足动态需求。本接收机通过混频后加滤波器滤除直流成分，对于IQ失衡问题通过选择高新能、高集成度芯片FPGA完成正交混频来尽量保证IQ两路的幅度和相位平衡。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。