应用于频谱监控的宽带正交解调器设计

　　摘要：为了实现无线电监控的要求，设计了基于ADI公司芯片组的宽带下变频电路并进行了测试。该电路通过I²C接口进行控制，能够实现从70MHz~2GHz频带范围内的射频信号的正交解调。系统的主要设计为基于ADF4350的宽频率范围的频率综合电路，基于ADL5387的宽带正交下变频电路以及基于SC18IS602的数字接口电路。通过测试表明，该系统能够实现所需的宽带下变频功能，具有易于配置的优点，达到了设计的要求。

　　随着通信技术的发展，频谱资源作为一种有限的自然资源，越发显得重要。而且随着软件无线电技术的发展，发射机的实现成本越来越低，因此非法占用频率资源的情况在不断增多。为此，需要通过相关的手段对无线电频带的使用情况进行监测。国际电联专门出版了频谱监控手册来指导频谱监控工作[1]。由于射频频段很宽，直接对射频频段进行监控难度很大。通行的做法是采用固定中频或者零中频接收电路对射频信号进行下变频处理，然后通过对中频或者基带信号进行分析来判断是否存在非法发射行为。正交调制在数字通信中的应用越来越多，因此正交解调电路在无线电监控中的应用也更为广泛。正交解调器能够接收射频信号，并通过混频电路与本振相乘，产生基带零中频信号。该信号通过模数转换器进行采样，然后经过数字信号处理算法，来确定该频谱是否存在调制信号并判断该调制信号是否合法。

　　可见，宽带正交下变频电路的设计非常重要。为了实现系统所需的宽带下变频电路，提出了基于ADF4350以及ADL5387的宽带下变频电路，其设计接收的射频信号频率范围为70MHz~2GHz。由ADL5387的数据手册可知，其基带信号带宽为240MHz。本课题中无线电监测基带信号处理的带宽为50MHz，所以该方案能够满足系统设计的需要，完成无线电监控中的射频信号正交解调的功能。为了易于进行总线连接，系统还设计了I2C总线接口，因此能够通过MCU对本振信号进行灵活配置。

　　总体设计

　　该系统结构如图1所示，通过FPGA上面的MicroBlaze软核对频率综合电路芯片进行配置，产生相应的本振信号，选择所需的监控频段;频率综合电路产生的本振信号输入正交解调器，与正交解调器的射频输入信号进行正交混频，得到零中频的基带信号供无线电监控系统进行采样分析。　　

　　系统硬件设计

　　宽带下变频电路主要由正交解调器、频率综合电路、数字接口电路这三部分组成，系统的硬件结构如图2所示。