董峰軍，姚 廣

(陜西凌云電器集團(tuán)有限公司研究所，陜西寶雞 721006)

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，不法分子利用各種電子通信設(shè)備企圖獲取國家秘密，造成了國家技術(shù)信息的外泄。為了阻止不法分子通過無線技術(shù)手段實(shí)施信息竊取，設(shè)計(jì)一種寬頻信號阻斷器對異常信號實(shí)施阻斷。

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不同，本次設(shè)計(jì)采用高低頻干擾模塊，覆蓋頻率寬，可以覆蓋100 MHz～2.4 GHz，解決了普通阻斷器無法對某些信號進(jìn)行屏蔽的問題，實(shí)現(xiàn)了全頻段覆蓋。設(shè)計(jì)采用110～240 V AC寬電壓輸入，多種工作模式可選，可單獨(dú)工作在低頻狀態(tài)下或高頻狀態(tài)下，也可兩者同時(shí)工作，對全頻段無線信號進(jìn)行干擾。設(shè)備除了應(yīng)用于信息保密單位外還可有效地應(yīng)用于國家各種考試，對檢測到的非法無線信號實(shí)施干擾，實(shí)現(xiàn)考試的公平公正。

1 硬件部分設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中無線信號阻斷設(shè)備由高、低頻組合構(gòu)建。硬件設(shè)計(jì)充分考慮了組裝的便捷性，采用模塊化設(shè)計(jì)，包含電源管理、低頻發(fā)射模塊、高頻發(fā)射模塊、控制板及接口等，系統(tǒng)框圖如圖1所示。設(shè)備接收服務(wù)器的指令對無線信號實(shí)施信號阻斷。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.1 電源管理

電源管理部分主要承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的供電。設(shè)備外供220 V，內(nèi)部開關(guān)電源將220 V AC經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換為5 V和12 V直流電源，如圖2所示。

220 V AC經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換成5 V DC為高頻發(fā)射模塊供電;開關(guān)電源將220 V AC轉(zhuǎn)成12 V DC為控制板供電，12 V分為兩路，一路通過磁珠為低頻發(fā)射模塊的推動(dòng)放大電路RD01MUS2供電，低頻發(fā)射模塊所需的5 V通過控制板上的LDO進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換;一路采用兩級LDO進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，將12 V轉(zhuǎn)成5 V為單片機(jī)ATMEGA1280供電，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)芯片 W5300所需的3.3 V由兩級LDO輸出的5 V經(jīng)1117E33進(jìn)行低電壓轉(zhuǎn)換。

圖2 控制板電源管理框圖

1.2 低頻發(fā)射模塊

低頻發(fā)射模塊［1］主要是對工作頻率為 102～715 MHz的射頻信號進(jìn)行干擾，發(fā)射1 W的干擾信號。在整個(gè)低頻頻段按照一定的分頻比劃分為6個(gè)子頻段，每個(gè)子模塊可以獨(dú)立工作。如圖3所示，VCO利用調(diào)諧電壓生成一個(gè)頻率［2］，經(jīng)過 PLL［3］產(chǎn)生穩(wěn)定的工作頻率，再經(jīng)過小信號功率放大、低通濾波輸出射頻信號。

圖3 低頻發(fā)射模塊框圖

低頻發(fā)射模塊的壓控振蕩(VCO)電路、鎖相環(huán)電路(PLL)、功率檢測電路、小功率放大電路、緩沖放大電路等采用5 V可控電源，由控制板進(jìn)行控制。推動(dòng)放大電路所需的12 V電源由控制板通過磁珠提供。

1.3 高頻發(fā)射模塊

高頻發(fā)射模塊［4］主要是對工作頻率在870～960 MHz、1 805 ～1 920 MHz、2 000 ～2 030 MHz、2 110 ～2 160 MHz、2 400～2 480 MHz的高頻信號進(jìn)行干擾，也可以對 WCDMA、TD－SCDMA、GSM/CDMA及 WiFi等信號進(jìn)行干擾，并涵蓋了目前所有的手機(jī)及對講機(jī)。

1.4 控制板

控制板是整個(gè)設(shè)備的控制核心，連接在外部的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收控制信息，并且按照指令控制低頻發(fā)射模塊和高頻發(fā)射模塊工作，有4種工作模式:模式1。全頻段干擾，高頻發(fā)射模塊開，低頻發(fā)射模塊開;(2)模式2。手機(jī)及WiFi信號干擾，高頻發(fā)射模塊開，低頻發(fā)射模塊關(guān);(3)模式3。定頻干擾，高頻發(fā)射模塊關(guān)，低頻發(fā)射模塊開;(4)模式4。待機(jī)，高頻發(fā)射模塊、低頻發(fā)射模塊關(guān)實(shí)施阻斷外來非法信號。

一方面控制板通過雙絞線與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行連接，接收指令信息，另一方面通過Board to Board的連接器及射頻電纜分別與低頻發(fā)射模塊和高頻發(fā)射模塊連接，對其進(jìn)行控制，12 V直流供電。

1.5 接口的設(shè)計(jì)

(1)外部接口的設(shè)計(jì)。外部接口主要有三相電源插座、程序升級 JTAG［5］插座、RJ45［6］網(wǎng)口，AC 插座采用型號為AC01的三合一插座，它將三相標(biāo)準(zhǔn)插座、保險(xiǎn)絲座、船型開關(guān)結(jié)合在一起。JTAG插座采用5×2雙排間距為2.54 mm的連接器。RJ45網(wǎng)口采用14Pin的帶有LED顯示的插座放置在JTAG的左側(cè)，在網(wǎng)口插座的左邊5 mm間距位置放置有側(cè)裝的輕觸開關(guān)。

(2)內(nèi)部接口的設(shè)計(jì)。內(nèi)部接口主要有220 V電源輸入插座，6Pin 5 V輸出插座和6Pin高頻發(fā)射模塊電源輸入插座，6Pin 12 V輸出插座和6Pin控制板電源輸入插座，高頻發(fā)射模塊和控制板的控制插座，控制板6個(gè)通道和低頻發(fā)射模塊6個(gè)通道的控制及電源輸入插座。

2 軟件部分設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，用C語言編寫，使用AVR［7］單片機(jī)。主要由主程序、低頻干擾子程序、高頻干擾子程序組成。接通電源后進(jìn)入程序初始化狀態(tài)，CPU供電，進(jìn)入模式Ⅳ，接收系統(tǒng)指令，發(fā)送干擾頻率，軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)流程圖

3 測試結(jié)果及討論

3.1 主要的測試儀表及項(xiàng)目

產(chǎn)品測試所用的儀表主要有變頻電源HY9002［8］、頻譜分析儀HP8954E、PC、測試軟件。測試項(xiàng)目有輸入電壓、輸出功率、PD檢測、鎖定時(shí)間及模式檢測等。

3.2 測試結(jié)果

產(chǎn)品的測試結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果

經(jīng)測試，產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)輸入的要求。使用過程中工作穩(wěn)定、可對半徑為25 m范圍內(nèi)的信號(點(diǎn)頻信號、WCDMA、TD － SCDMA、GSM/CDMA［9］、WiFi［10］)進(jìn)行有效干擾，達(dá)到了阻斷的效果。

產(chǎn)品在使用過程中緩沖級芯片SGA5589Z［11］容易損壞，給生產(chǎn)過程及成本帶來了一定壓力，為解決芯片損壞問題，通過收集大量的緩沖級放大集成電路的技術(shù)并進(jìn)行改進(jìn)，確定使用SGA6589Z替換SGA5589Z。原因有:(1)SGA6589Z和SGA5589Z為Pin對Pin不需要改動(dòng)PCB。(2)SGA5589Z的驅(qū)動(dòng)工作電壓范圍為3.9～4.3 V，SGA6589Z的驅(qū)動(dòng)電壓為4.5～5.3 V，后者的工作電壓范圍更接近產(chǎn)品電源5 V的理論要求。(3)價(jià)格上SGA6589Z和SGA5589Z相同。(4)使用SGA6589Z各個(gè)模塊的總耗電量均有所下降，最大下降電流達(dá)50 mA，可以更好地對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，提高了產(chǎn)品性能。SGA5589Z替換實(shí)驗(yàn)前后總消耗電流變化如圖5所示。

圖5 SGA5589Z替換前后電流變化

4 結(jié)束語

通過對產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)測試，輸入電壓、輸出功率、PD檢測、鎖定時(shí)間等都有一定的余量，并且使用穩(wěn)定，能夠滿足用戶要求。

［1］李緝熙.射頻電路工程設(shè)計(jì)［M］.鮑景富，唐宗熙，張彪，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

［2］鈴木雅臣.晶體管電路設(shè)計(jì)［M］.彭軍，譯.北京:科學(xué)出版社，2004.

［3］遠(yuǎn)坂俊昭.鎖相環(huán)(PLL)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.何希才，譯.北京:科學(xué)出版社，2006.

［4］薛曉明.移動(dòng)通信技術(shù)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2007.

［5］深圳市金鵬飛科技發(fā)展有限公司.JTAG電路設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.深圳:深圳市金鵬飛科技發(fā)展有限公司，2010.

［6］樊留群.實(shí)時(shí)以太網(wǎng)及運(yùn)動(dòng)控制總線技術(shù)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2009.

［7］沈建良，趙文宏，賈玉坤，等.ATmega128單片機(jī)入門與提高［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

［8］華源電子設(shè)備有限公司.HY9002變頻電源測試手冊［M］.深圳:華源電子設(shè)備有限公司，2012.

［9］Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko.射頻電路設(shè)計(jì):理論與應(yīng)用［M］.王子宇，張肇儀，徐承和，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2002.

［10］唐雄燕，李建宇，張輝，等.寬帶無線接入技術(shù)及應(yīng)用:WiMAX與WiFi［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［11］RFMD.SGA6589Z參考設(shè)計(jì)［M］.美國北卡羅來納州格林斯博羅:RFMD，2011.