WR—G33DDC型無線電監(jiān)測接收機(jī)原理及故障處理

張雁

【摘 要】本文介紹了WR-G33DDC型無線電監(jiān)測接收機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，比較了與之前幾代無線電接收機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)別，并分析了WR-G33DDC型無線電監(jiān)測接收機(jī)的軟件功能及常見的故障處理方法。

【關(guān)鍵詞】接收機(jī)；軟件無線電；原理；故障

WR-G33DDC型無線電監(jiān)測接收機(jī)基于國際最新的軟件無線電技術(shù)，采用射頻直接采樣和數(shù)字下變頻技術(shù)，接收頻率范圍為9KHz—49.995MHz。我臺采用WR-G33DDC型無線電監(jiān)測接收機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測本臺發(fā)射機(jī)播音頻率，為我臺廣播發(fā)射質(zhì)量監(jiān)測工作提供了有力的技術(shù)手段。

1 WR-G33DDC型接收機(jī)結(jié)構(gòu)原理

傳統(tǒng)的接收機(jī)將接收到的射頻信號，經(jīng)過模擬元器件，如調(diào)諧電路、放大器、濾波器、混頻器以及振蕩器的處理后產(chǎn)生中頻信號，中頻信號經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)，輸出音頻信號。所用的處理過程均采用硬件實(shí)現(xiàn)。隨著軟件無線電（SDR）的發(fā)展，產(chǎn)生了第一代SDR接收機(jī)。

第一代SDR接收機(jī)的軟件功能僅局限于兩個(gè)方面：一是，為用戶提供方便的操作界面；二是，通過計(jì)算機(jī)聲卡來進(jìn)一步處理解調(diào)后的音頻信號。接收機(jī)的濾波功能、解調(diào)功能仍依靠硬件實(shí)現(xiàn)。即使這樣，第一代SDR接收機(jī)仍被視為無線電接收機(jī)與計(jì)算機(jī)的第一次結(jié)合。第二代SDR接收機(jī)采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），中頻信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號，隨后進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號處理（DSP），依靠軟件完成包括信號濾波、解調(diào)功能?；贒SP的濾波器相比模擬濾波器更加精確，同時(shí)濾波器通帶可以連續(xù)變化已匹配接收信號帶寬以及最大程度的提高信噪比。基于DSP的解調(diào)方式為接收機(jī)增加新的解調(diào)模式提供了便利，只需進(jìn)行簡單的軟件編程，而硬件無需改動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)。第二代SDR接收機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以將中頻信號的實(shí)時(shí)頻譜顯示出來，用戶不僅能聽到信號聲音還能夠看到信號及相近頻率信號的頻譜。

WR-G33DDC型無線電監(jiān)測接收機(jī)采用數(shù)字下變頻技術(shù)，將第二代SDR接收機(jī)中的本機(jī)振蕩器和混頻器用數(shù)字下變頻器（DDC）取代。數(shù)字下變頻器可進(jìn)行軟件重構(gòu)，從而減少了純硬件電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器也比第二代SDR接收機(jī)更接近天線端。WR-G33DDC型無線電監(jiān)測接收機(jī)的原理框圖如圖1所示：

圖1 WR-G33DDC型接收機(jī)原理框圖

天線接收到的無線電信號經(jīng)過阻抗匹配電路后，先進(jìn)入接收機(jī)內(nèi)部衰減器，以降低信號電平，避免信號過載。衰減器的可調(diào)范圍為0-21dB，可通過軟件設(shè)置為手動(dòng)調(diào)節(jié)方式或自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。預(yù)選器中配置了各種用戶可設(shè)置的濾波器，用于濾除與接收信號頻率臨近的干擾信號，減少信號過載和互調(diào)失真，增強(qiáng)了前端接收性能。信號通過預(yù)選器后進(jìn)入低噪聲、低失真的兩級放大器。用戶可根據(jù)需要將第一級放大器（前置放大器）設(shè)置為“可用”或“不可用”，前置放大器能夠增加信號電平大約10dB，可以從強(qiáng)噪聲中提取微弱信號。信號經(jīng)過兩級放大器后進(jìn)入抗混疊濾波器，之后進(jìn)入16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，抽取速率為100MSPS，為之后的數(shù)字下變頻器（DDC）提供穩(wěn)定的數(shù)字信號。數(shù)字下變頻器的功能相當(dāng)于混頻器、本機(jī)振蕩器及濾波器的功能，只是輸出的不是模擬中頻信號，而是數(shù)字信號，為了便于理解，這里將下變頻器輸出的信號仍稱之為中頻信號。中頻信號通過USB接口進(jìn)入計(jì)算機(jī)，通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)字信號的濾波、解調(diào)、信號電平測量、靜噪、噪聲消隱、音頻濾波處理，處理過程中沒有線圈、振蕩器、二極管、電容等模擬設(shè)備。

數(shù)字下變頻器的應(yīng)用是WR-G33DDC型接收機(jī)區(qū)別于以往接收機(jī)的核心構(gòu)件，減少了模擬硬件設(shè)備，將AD轉(zhuǎn)換器更加靠近天線端，同時(shí)計(jì)算機(jī)軟件可實(shí)時(shí)記錄數(shù)字下變頻器帶寬內(nèi)的所有信號頻譜，隨時(shí)可實(shí)現(xiàn)“重新接收”帶寬內(nèi)任何信號。數(shù)字下變頻器的最大帶寬為4MHz。

2 WR-G33DDC型接收機(jī)應(yīng)用

2.1 性能指標(biāo)

WR-G33DDC型接收機(jī)采用射頻直接采樣，配置了可切換的低噪聲高線性度的前置放大器，濾波器帶寬連續(xù)可調(diào)，最小步進(jìn)1Hz。接收機(jī)具有50MHz實(shí)時(shí)頻譜分析儀、4MHz帶寬的DDC頻譜分析儀及音頻頻譜分析儀。接收機(jī)可同時(shí)解調(diào)3個(gè)信道，并分別進(jìn)行錄音。接收機(jī)具有高靈敏度（1.12μV AM、0.20μV SSB、0.109μV CW），高IP3（+31dBm），以及高頻率穩(wěn)定度（0.5ppm）。接收機(jī)噪聲系數(shù)14dB，相位噪聲-145dBc/Hz

@10KHz，RSSI精度2dB，RSSI靈敏度-140dBm。

2.2 功能介紹

2.2.1 軟件界面

WR-G33DDC型接收機(jī)軟件界面如圖2所示。主要由虛擬接收機(jī)（3個(gè)）、信號強(qiáng)度監(jiān)測區(qū)、解調(diào)模式及參數(shù)設(shè)置區(qū)、DDC頻譜顯示區(qū)、解調(diào)頻譜顯示區(qū)、寬帶頻譜顯示區(qū)構(gòu)成。

圖2 WR-G33DDC型接收機(jī)軟件界面

1）虛擬接收機(jī)（3個(gè)）

軟件界面提供了3個(gè)虛擬接收機(jī)，當(dāng)前選擇的虛擬接收機(jī)以高亮色顯示，當(dāng)其它兩個(gè)虛擬接收機(jī)的接收頻率也在當(dāng)前DDC帶寬內(nèi)時(shí)，3個(gè)虛擬接收機(jī)能夠同時(shí)運(yùn)行。3個(gè)虛擬接收機(jī)的頻譜在DDC頻譜中同時(shí)顯示，解調(diào)后的信號能夠根據(jù)用戶需要分別錄音或播放。虛擬接收機(jī)的頻率輸入可通過其下的頻率設(shè)置框完成。

2）信號強(qiáng)度監(jiān)測

信號強(qiáng)度監(jiān)測表用于指示在解調(diào)帶寬內(nèi)信號的電平峰值、有效值和平均值。測量的數(shù)值類型和數(shù)據(jù)單位以高亮色顯示。指示的信號強(qiáng)度值已經(jīng)補(bǔ)償了由接收機(jī)內(nèi)衰減器和前置放大器對信號強(qiáng)度的影響，因此信號強(qiáng)度值表示的就是天線實(shí)際接收到的信號強(qiáng)度。

3）解調(diào)模式及參數(shù)設(shè)置

軟件提供多種解調(diào)模式，分別為AM、AMS、LSB、USB、CW、FM、ISB、DSB、DRM、FSK以及UDM（用戶自定義模式）。選擇解調(diào)模式后，可根據(jù)需要設(shè)置具體的解調(diào)參數(shù)。主要有通帶設(shè)置、解調(diào)帶寬預(yù)置、AFC、邊帶選擇、音頻濾波器通帶設(shè)置、去加重設(shè)置、音頻錄音設(shè)置、存儲路徑設(shè)置、帶阻陷波設(shè)置、靜噪設(shè)置、增益設(shè)置以及消噪設(shè)置。

4）DDC頻譜

DDC頻譜帶寬為20kHz至4MHz，可通過“DDC BW”下拉菜單設(shè)置。DDC頻譜顯示的是最后抽取過程的信號頻譜。DDC帶寬設(shè)置的越寬，計(jì)算機(jī)CPU占用越多，對于配置較低的計(jì)算機(jī)，過寬的帶寬設(shè)置可能造成計(jì)算機(jī)死機(jī)。DDC帶寬為20kHz時(shí)，已足夠保證標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號解調(diào)質(zhì)量不會降低。DDC頻譜具有記錄功能，可以將DDC帶寬內(nèi)的所有信號的頻譜數(shù)據(jù)記錄下來，供以后分析。DDC頻譜區(qū)能夠?qū)崟r(shí)顯示信號的ADC速率、DDC速率、解調(diào)速率、音頻速率等監(jiān)測數(shù)據(jù)。

5）解調(diào)頻譜

用戶可通過“DEM BW”下拉菜單設(shè)置解調(diào)帶寬，在DDC頻譜和解調(diào)頻譜中的灰色區(qū)域均表示的是解調(diào)帶寬。用戶應(yīng)使解調(diào)帶寬盡可能窄的覆蓋所接收信號的頻譜，以獲得最好信噪比。解調(diào)頻譜也具有記錄功能，但與DDC頻譜記錄功能不同，此處記錄的是解調(diào)后的音頻信號，可同時(shí)對3個(gè)虛擬接收機(jī)的接收的信號分別記錄。解調(diào)頻譜區(qū)能夠?qū)崟r(shí)顯示信號的ADC電平、頻偏、調(diào)幅度、總諧波失真等參數(shù)。

6）寬帶頻譜

WR-G33DDC型接收機(jī)作為中短波接收機(jī)，監(jiān)測頻譜范圍達(dá)到30MHz，但其具有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，頻譜范圍最大可達(dá)到近50MHz，但接收機(jī)的靈敏度在達(dá)到45MHz時(shí)會有所降低。寬帶頻譜中實(shí)時(shí)顯示了帶寬內(nèi)所有信號的頻譜，頻譜中的灰色區(qū)域表示的是DDC帶寬。

2.2.2 運(yùn)行圖配置

軟件提供按運(yùn)行圖錄音功能，此項(xiàng)功能對能夠根據(jù)用戶需求，通過設(shè)置頻率、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、周期、解調(diào)模式、解調(diào)帶寬、靜噪等參數(shù)自動(dòng)對指定的頻率信號進(jìn)行錄音，方便后期分析。

3 WR-G33DDC型接收機(jī)維護(hù)

WR-G33DDC型接收機(jī)使用中常見的故障有下幾種：

3.1 故障現(xiàn)象：接收機(jī)軟件運(yùn)行正常，但沒有節(jié)目聲音

處理方法：①查看解調(diào)頻譜中是否有接收信號的電平，如果沒有，查看天線連接頭是否可靠；②如果有，查看軟件中“Audio”標(biāo)簽內(nèi)的“Mute”按鈕是否按下，并檢查音量是否調(diào)到中間位置；查看“Gain”標(biāo)簽內(nèi)的“AGC”是否啟用，并調(diào)整到“中速”；關(guān)閉“Squelch（靜噪）”標(biāo)簽內(nèi)的“squelch”功能。

3.2 故障現(xiàn)象：能聽到節(jié)目聲音，但聲音失真

處理方法：①確定“Gain”標(biāo)簽內(nèi)的“AGC”啟用，并調(diào)整到“中速”；②調(diào)整中“Audio”標(biāo)簽內(nèi)的“Gain”參數(shù)值，如果值過大，會造成音頻信號失真；③如果信號強(qiáng)度監(jiān)測表顯示“ADC CLP”，應(yīng)調(diào)整衰減器的衰減參數(shù)降低信號電平。

3.3 故障現(xiàn)象：能聽到節(jié)目聲音，但軟件出現(xiàn)運(yùn)行速度慢，界面波形顯示不流暢的現(xiàn)象

處理方法：CPU負(fù)擔(dān)過大，可通過以下措施降低CPU使用率。①關(guān)閉其它不相關(guān)的運(yùn)行程序。②在“Option”菜單中減小“Demodulator Filter Length”參數(shù)值。增加濾波器長度會改善接收機(jī)的選擇性，但同時(shí)會占用更多的CPU資源，應(yīng)適當(dāng)減小濾波器長度，使CPU負(fù)載低于30%。③適當(dāng)減小DDC帶寬。

3.4 故障現(xiàn)象：能聽到節(jié)目聲音，但噪音大

處理方法：①關(guān)閉衰減器，關(guān)閉RF濾波器或設(shè)置為自動(dòng)狀態(tài)；②檢查天線連接頭是否緊固、天線線纜是否破損。如果斷開天線接頭，噪聲沒有明顯降低，可能是由于天線引入了周邊環(huán)境噪聲。應(yīng)改進(jìn)接收天線，盡可能的遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)，最好架設(shè)室外天線。

[責(zé)任編輯：王楠]