應用于頻譜監控的寬帶正交解調器設計

　　摘要：為了實現無線電監控的要求，設計了基于ADI公司芯片組的寬帶下變頻電路并進行了測試。該電路通過I²C接口進行控制，能夠實現從70MHz~2GHz頻帶范圍內的射頻信號的正交解調。系統的主要設計為基于ADF4350的寬頻率范圍的頻率綜合電路，基于ADL5387的寬帶正交下變頻電路以及基于SC18IS602的數字接口電路。通過測試表明，該系統能夠實現所需的寬帶下變頻功能，具有易于配置的優點，達到了設計的要求。

　　隨著通信技術的發展，頻譜資源作為一種有限的自然資源，越發顯得重要。而且隨著軟件無線電技術的發展，發射機的實現成本越來越低，因此非法占用頻率資源的情況在不斷增多。為此，需要通過相關的手段對無線電頻帶的使用情況進行監測。國際電聯專門出版了頻譜監控手冊來指導頻譜監控工作[1]。由于射頻頻段很寬，直接對射頻頻段進行監控難度很大。通行的做法是采用固定中頻或者零中頻接收電路對射頻信號進行下變頻處理，然后通過對中頻或者基帶信號進行分析來判斷是否存在非法發射行為。正交調制在數字通信中的應用越來越多，因此正交解調電路在無線電監控中的應用也更為廣泛。正交解調器能夠接收射頻信號，并通過混頻電路與本振相乘，產生基帶零中頻信號。該信號通過模數轉換器進行采樣，然后經過數字信號處理算法，來確定該頻譜是否存在調制信號并判斷該調制信號是否合法。

　　可見，寬帶正交下變頻電路的設計非常重要。為了實現系統所需的寬帶下變頻電路，提出了基于ADF4350以及ADL5387的寬帶下變頻電路，其設計接收的射頻信號頻率范圍為70MHz~2GHz。由ADL5387的數據手冊可知，其基帶信號帶寬為240MHz。本課題中無線電監測基帶信號處理的帶寬為50MHz，所以該方案能夠滿足系統設計的需要，完成無線電監控中的射頻信號正交解調的功能。為了易于進行總線連接，系統還設計了I2C總線接口，因此能夠通過MCU對本振信號進行靈活配置。

　　總體設計

　　該系統結構如圖1所示，通過FPGA上面的MicroBlaze軟核對頻率綜合電路芯片進行配置，產生相應的本振信號，選擇所需的監控頻段;頻率綜合電路產生的本振信號輸入正交解調器，與正交解調器的射頻輸入信號進行正交混頻，得到零中頻的基帶信號供無線電監控系統進行采樣分析。　　

　　系統硬件設計

　　寬帶下變頻電路主要由正交解調器、頻率綜合電路、數字接口電路這三部分組成，系統的硬件結構如圖2所示。