专利名称：卫星地面站中频信号频谱自动监测分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种卫星通信网频率资源监控装置，具体地说是卫星地面站中频信号频谱自动监测分析仪。
技术背景在卫星通信领域中，频谱仪是频谱测量的重要仪器，在几乎所有的卫星通信网中，频谱仪是频率资源监测的主要手段，其以测量精度高、分辨率高、測量范围广、使用方便以及性能可靠等而得到了广泛地应用。然而在实际的测量过程中，一台频谱仪在任何情况下只能对某ー频段信号进行人工測量或监视，如要对多频段信号同时进行測量，就必须由多人使用多台频谱仪来完成。而如果要对多路信号同时进行长时间、不间断地连续监测，则需使用大量的频谱仪并配备许多技术熟练的人员进行操作——这几乎是不可能做到的，且即 便如此，也只能人工监视，不能自动监测，其监测的充分性和可靠性均受到影响——这是目前卫星通信网频率资源监测的薄弱环节，也是该技术领域的一个滞后点。
发明内容本实用新型的目的在干，克服现有频谱仪存在的缺点，提供ー种能实现多星、多转发器、多个载波信号的同时监测，并显示测试数据、自动存储测试结果、对异常状态声光告警的频谱自动监测分析仪。本实用新型通过如下技术方案实现该卫星地面站中频信号频谱自动监测分析仪，由频谱信息采集�？�、机箱和电源三部分组成。机箱内设有固定频谱信息采集�？榈幕觳郏淝懊姘迳仙栌衅灯仔畔⒉杉？榈淖刺甘久姘搴妥艿缭纯兀坏缭床捎靡豢槎嗦房氐缭矗凰銎灯仔畔⒉杉？椋善灯仔畔⒉杉�、状态指示面板、屏蔽壳、滑轨组成；频谱信息采集卡固定在屏蔽壳内，状态指示面板固定在屏蔽壳外侧，滑轨固定在屏蔽壳之上下两侧。频谱信息采集卡上设有中频信号输入接ロ，通信接ロ，电源接ロ。所述频谱自动监测分析仪的频谱信息采集�？槲`个或多个。频谱信息采集�？橥ü衅敌藕攀淙虢鹰恚邮瘴佬窍滦性夭ㄐ藕牛萆衔换瓒ǖ墓ぷ髂Ｊ郊皡⑹远瓿啥栽夭ㄐ藕牌灯资莸牟患涠喜杉妥唬⒔嗖獾降脑夭ㄐ藕殴β实缙接胂嘤ζ德适菥矸⑺椭辽衔换写砗拖允荆┫殖《栽夭ㄐ藕牌灯捉蟹治�。频谱信息采集�？榭梢远嗄？椴⑿泄ぷ鳎允迪侄远辔佬窃谟米⑵鞯氖凳奔鄿y。所述频谱信息采集卡，以单片机为控制核心，并含有衰减电阻、放大器、带通滤波器、数字频率合成器(DDS)、锁相环(PLL)、ニ级混频、四选ー模拟开关、窄带滤波、对数变换、A/D转换�？�、串行同歩/异步(USART)通信�？榈缏�。单片机控制频率扫描的同吋，控制数字频率合成器(DDS)的控制字写入、四选ー模拟开关的切換、A/D转换�？榻Ｄ庑藕抛怀墒中藕牛刂拼型瑲i/异步(USART)通信模块将测试结果字符串发送到上位机。频率合成器(DDS)根据单片机写入的控制字值在锁相环电路的配合下将基准频率合成为相应的高稳定度本振频率信号；第一级混频将载波信号与本振频率信号混频出固定中频信号，第二级混频将滤波后的该信号与基准频率混频成所需的中频信号；模拟开关在单片机的控制下对四只窄带滤波器进行选择切換，从而以不同的分辨率带宽将信号输入对数变换器；对数变换器将接收到的信号进行对数变换，然后输出ー个幅度与之相对应的直流电压信号；A/D转换�？榻淙氲木糯蟮闹绷鞯缪剐藕牛晃嘤Φ氖中藕殴┑テ恚淮型瑲i/异步(USART)通信�？榻テ砗蟮牟馐越峁址ㄐ沤鹰矸⑺偷缴衔换�。带通滤波器抑制噪声和杂散等干扰。衰减电阻、放大器为输入输出提供电平匹配。本实用新型之卫星地面站中频信号频谱自动监测分析仪，实现了用ー个专用中频频谱信息采集�？椋〈惶ù车男阅芡ㄓ玫鄹癜汗蟮钠灯滓牵瓿伤蟮钠灯撞饬浚粔埣悠灯撞杉？槭浚涂梢岳┱蛊灯撞饬糠段В芄皇迪侄远嗫盼佬窃谟枚喔鲎⑵鞔湫藕诺�24小时连续监测，并显示测试数据、自动存储测试结果、可选择的分辨率带宽(RBW)使得测量更加灵活，能够实现对信号非正常状态和干扰信号的实时告警。利用计 算机技术，把这些采集�？榻屑锌刂撇⒍圆饬渴荽恚⑵鹞佬峭ㄑ度德首试醇嗖馄教ǎ迪治佬峭ㄑ锻德首试吹奈薹熳远嗖夂褪凳备婢佣岣咄ㄐ胖柿�。系统的运算精度高、运行稳定可靠，具有较强的兼容性，适用于卫星通信网的普及应用。
以下结合附图叙述一个实施例，对本实用新型做进ー步说明。
图I、频谱信息采集模块结构示意图；图中I频谱信息采集卡，2状态指示面板，3屏蔽壳，4滑轨，5输入接ロ，6通信接ロ，7电源接ロ ；图2、本实施例之频谱信息采集卡结构框图；图3、频率合成器(DDS)的结构和工作原理框图；图4、锁相环(PLL)的结构和工作原理框图；图5、多路滤波及模拟开关的结构和工作原理框图。
具体实施方式
本实施例之卫星地面站中频信号频谱自动监测分析仪，由八块频谱信息采集�？椋浜偷缭慈糠肿槌�。机箱由前面板、框架、滑轨槽及外壳、后面板等组成，前面板采用4_铝合金板加工成型，表面喷塑处理；后面板采用3_铝合金板经加工成型，导电氧化处理。机箱为标准的19"、4U机箱，机箱内设有固定八路频谱信息采集�？榈幕觳郏湔嬗汕懊姘搴桶寺菲灯仔畔⒉赡？榈淖刺甘久姘�2组成。总电源开关装在机箱前面板左侧，机箱后左下侧装有220VAC电源插座，为整机供电接ロ。机箱后左上侧装有散热风扇，保障机箱不至过热。电源采用一块多路开关电源，输入220VAC，输出分别为18V、12V、5V，内置于机箱左側。直流电源接ロ板固定在机箱内后部，板上等间距并行焊接八个电源接ロ 7插座,通过直流电源接ロ板,为八块信息采集�？楣┑�。图I显示了本实施例的频谱信息采集模块结构采集�？槲烁觯⑿泄ぷ�。该频谱信息采集�？椋善灯仔畔⒉杉↖、状态指示面板2、屏蔽壳3、滑轨4组成。频谱信息采集卡I固定在屏蔽壳3 (右面、前后上下壁围成的四方盒)内侧之右部，状态指示面板2固定在屏蔽壳3外侧前端，设有开关及指示灯。滑轨4固定在屏蔽壳上下两侧，方便频谱信息采集�？椴迦牖洹Ｍ�2显示了本实施例之频谱信息采集卡的结构频谱信息采集卡I由单片机、衰减电阻、放大器、带通滤波器I和2、数字频率合成器、锁相环电路、ニ级混频、四选ー模拟开关、窄带滤波器、对数变换器、A/D转换模块、串行同步/异步(USART)通信�？楣钩桑坏テ刂剖制德屎铣善�、四选ー模拟开关、A/D转换�？�、串行同歩/异步(USART)通信�？椋荒Ｄ饪卦诘テ目刂葡露运闹徽瞬ㄆ鹘醒≡袂袚Q，以不同的分辨率带宽将信号输入对数变换器；对数变换器将接收到的信号进行对数变换，然后输出ー个幅度与之相对应的直流电压信号；A/D转换模块将输入的经放大的直流电压信号转换为相应的数字信号供单片机处理；串行同歩/异步(USART)通信�？榻テ砗蟮牟馐越峁址ü型瑲i/异步(USART)通信�？樵倬ㄐ沤鹰� 6发送到上位机。带通滤波器1、2抑制噪声和杂散等干扰。衰减电阻、放大器为输入输出提供电平匹配。 频谱信息采集卡I由PCB板和相关电子元件焊接而成，用螺钉固定于屏蔽壳内右侧，其上焊接有电源接ロ 7、通信接ロ 6、输入接ロ 5和其他电子元器件。所说之单片机MSP430F149,主控CPU芯片采用Texas Instruments公司生产的MSP430F149单片机，其片内置高精度的带有内部參考及采样保持的12位A/D转换器、串行同歩/异步通信控制�？�(USART)、60KB Flash ROM及2K RAM。具有完善的开发环境及JTAG仿真接ロ。MSP430F149单片机通过通信接ロ 6接ロ接收上位机发送的控制命令及參数，设置工作模式，向数字频率合成器(DDS)中写控制字，以合成出指定频率的本振信号Fuh,同时控制频率扫描及A/D采样、转换，并逐点将A/D转换后的数据进行处理，以载波信号的功率谱密度形式通过串行同歩/异步(USART)通信�？樵倬ㄐ沤鹰� 6发送至上位机。所说之混频器，采用Mini公司的ADE-IL双平衡混频器。平均损耗为5. 2dB, LO-RF隔尚度为68dB，LO-IF隔尚度为55dB。所说之对数变换器AD8306，其动态范围为IOOdB,带宽为400MHz，在IOMHz 200MHz的频率范围内线性度可高达±0. 4dB。21. 4MHz中频信号经放大及带通滤波后，输入到AD8306的输入端进行对数变换，然后AD8306输出ー个幅度与之相对应的直流电压信号，此信号经放大后即为MSP430F149单片机A/D转换器的输入信号。所说之模拟开关ADG904，ADG904为四选ー模拟开关，其工作频率2. 0GHz, _3dB带宽为2. 5GHz，插入损耗0. 4dB，转换时间12ns。图3显示数字频率合成器(DDS)的工作原理数字频率合成器(DDS)AD9850的外部參考晶振的上限频率为125MHz，控制字的字长为40位，其中频率控制字APhase为32位，相位控制字为5位，其他控制字3位。内部带有ー个10位的高速D/A转换器。在CPU的控制下，控制字被写入到DDS中，每来ー个基准时钟，相位累加器的输出就増加一个步长的相位增量值(相位增量值的大小由32位频率控制字APhase确定)，从而形成ー个地址。当用此地址进行寻址时，正弦查表就将相位累加器中的抽样值转换为正弦波幅度的函数值，经D/A转换器后，再经低通滤波器滤除不需要的取样分量，就直接快速地合成出稳定的正弦波信号。输出正弦波频率Fr= ( A Phase X System Clock) /232其中System Clock为系统时钟(MHz)，亦即 基准频率，APhase为32位频率控制字的十进制值。当A Phase取值为I时，输出正弦波频率为最小值Fmn，此即直接数字频率合成器(DDS)的频率分辨率。图4显示锁相环(PLL)之PE3236和外围元件构成锁相功能电路的结构和工作原
理锁相环(PLL)中PE3236是ー种高性能、低相位噪声、低功耗的整数N PU,频率合成能力高达2. 2GHz。本实施例中通过控制字将PE3236设为直接接ロ工作模式，參数M、R以硬件连接的方式写入PE3236。来自反馈端的频率Fin和參考端的频率Fr被PE3236分频成 Fp (Fp = Fin/ (M+1))和 Fe (Fe = FrバR+l))，Fp、Fe 经 PE3236 内部运算后输出 PD_D 和PD_U, PD_D、PD_U经过环路滤波对噪声和杂散等干扰进行拟制后得到压控振荡器(VCO)的控制电压，控制压控振荡器(VCO)输出Fin、FM1。当环路锁定后(Fp = Fe)，输出锁定频率。Floi = Fin = (M+1) XFr/ (R+1)图5为使用模拟开关ADG904实现对四只窄带滤波器进行选择切换的的结构和エ作原理框图。窄带滤波器的带宽即为分辨率带宽RBW。为满足设计要求，本实施例采用四只中心频率为21. 4MHz，带宽分别为IKHz、3KHz、IOKHz、30KHz的石英晶体滤波器。滤波器的选择由CPU根据上位机的命令通过控制模拟开关的切換来实现。图5ADG904的选择输入端A0、Al接CPU的控制端ロ，四只窄带滤波器的输入均接待测中频信号，输出分别接ADG904的四个输入端输入I、输入2、输入3和输入4。而ADG904的输出端接对数变换器的输入端。当控制信号“ AlAO ”分别为“ 00，01，10，11”时，输入I、输入2、输入3、输入4依次与输出端接通，从而实现对四只窄带滤波器的选择切換，即RBW的选择切換。
权利要求1.卫星地面站中频信号频谱自动监测分析仪，其特征在干由频谱信息采集�？�、机箱和电源三部分组成；机箱内设有固定频谱信息采集�？榈幕觳郏淝懊姘迳仙栌衅灯仔畔⒉杉？榈淖刺甘久姘搴妥艿缭纯兀� 所述频谱信息采集�？椋善灯仔畔⒉杉�(I)、状态指示面板(2)、屏蔽壳(3)、滑轨(4)组成；频谱信息采集卡(I)固定在屏蔽壳(3)内，状态指示面板(2)固定在屏蔽壳(3)外侧，滑轨(4)固定在屏蔽壳(3)之上下两侧；频谱信息采集卡(I)上设有中频信号输入接ロ(5)，通信接ロ(6)，电源接ロ(7)。
2.根据权利要求I所述频谱自动监测分析仪，其特征在于频谱信息采集�？槲`块或多个�？�。
3.根据权利要求I所述频谱自动监测分析仪，其特征在干频谱信息采集卡(I)由单片机、衰减电阻、放大器、带通滤波器、数字频率合成器、锁相环电路、ニ级混频、四选ー模拟开关、窄带滤波器、对数变换器、A/D转换�？椤⒋型�/异步通信�？楣钩桑坏テ刂谱攀制德屎铣善�、四选ー模拟开关、A/D转换�？�、串行同歩/异步通信�？椋凰难々`模拟开关在单片机的控制下对四只窄带滤波器进行选择切换，以不同的分辨率带宽将信号输入对数变换器；对数变换器将接收到的信号进行对数变换，然后输出ー个幅度与之相对应的直流电压信号；A/D转换�？榻淙氲木糯蟮闹绷鞯缪剐藕抛晃嘤Φ氖中藕殴┑テ恚淮型瑲i/异步通信�？榻テ砗蟮牟馐越峁址ㄐ沤鹰�(6)发送到上位机；带通滤波器抑制噪声和杂散干扰；衰减电阻、放大器为输入输出提供电平匹配。
4.根据权利要求I所述频谱自动监测分析仪，其特征在于电源采用一块多路开关电源。
专利摘要本实用新型涉及卫星地面站中频信号频谱自动监测分析仪，由频谱信息采集�？�、机箱和电源组成。所述频谱信息采集模块，主要由频谱信息采集卡、状态指示面板、屏蔽壳、滑轨构成；频谱信息采集卡由单片机、衰减电阻、放大器、带通滤波器、数字频率合成器、锁相环电路、二级混频、四选一模拟开关、窄带滤波器、对数变换器、A/D转换�？�、串行同步/异步通信�？楣钩桑⑸栌兄衅敌藕攀淙虢涌�、通信接口、电源接口，该频谱信息采集卡具有多次混频、切换滤波、对数变换、放大、A/D转换及串口通信的功能。本实用新型之自动监测分析仪，实现了用一个专用中频频谱信息采集�？椋瓿伤璧钠灯撞饬浚辉黾悠灯撞杉？槭浚衫┱蛊灯撞饬糠段В苁迪治佬峭ㄑ锻德首试吹奈薹熳远嗖夂褪凳备婢佣岣咄ㄐ胖柿�。
文档编号G01R23/165GK202393829SQ20112046586
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者赵淑琴, 魏小坤 申请人:西安欣业科技发展有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
