一種寬頻信號(hào)阻斷設(shè)備的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

針對(duì)無(wú)線信號(hào)的阻斷，采用一種寬頻信號(hào)阻斷技術(shù)，解決了普通阻斷設(shè)備只能工作于某一特定窄頻段，而無(wú)法對(duì)外來(lái)異常信號(hào)實(shí)施完全阻斷的不足，給出了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)品可以較好地對(duì)信號(hào)實(shí)施阻斷。

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(guó)家秘密，造成了國(guó)家技術(shù)信息的外泄。為了阻止不法分子通過(guò)無(wú)線技術(shù)手段實(shí)施信息竊取，設(shè)計(jì)一種寬頻信號(hào)阻斷器對(duì)異常信號(hào)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(wú)法對(duì)某些信號(hào)進(jìn)行屏蔽的問(wèn)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(duì)全頻段無(wú)線信號(hào)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(guó)家各種考試，對(duì)檢測(cè)到的非法無(wú)線信號(hào)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(wú)線信號(hào)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(duì)無(wú)線信號(hào)實(shí)施信號(hào)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(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換為5V和12V直流電源，如圖2所示。


圖2 控制板電源管理框圖

220 V AC經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)控制板上的LDO進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換；一路采用兩級(jí)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(jí)LDO輸出的5 V經(jīng)1117E33進(jìn)行低電壓轉(zhuǎn)換。

1.2低頻發(fā)射模塊

低頻發(fā)射模塊主要是對(duì)工作頻率為102～715 MHz的射頻信號(hào)進(jìn)行干擾，發(fā)射1 W的干擾信號(hào)。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，經(jīng)過(guò)PLL產(chǎn)生穩(wěn)定的工作頻率，再經(jīng)過(guò)小信號(hào)功率放大、低通濾波輸出射頻信號(hào)。


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(cè)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(guò)磁珠提供。

1.3高頻發(fā)射模塊

高頻發(fā)射模塊主要是對(duì)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(hào)進(jìn)行干擾，也可以對(duì)WCDMA、TD—SCDMA、GSM/CDMA及WiFi等信號(hào)進(jìn)行干擾，并涵蓋了目前所有的手機(jī)及對(duì)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(hào)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(lái)非法信號(hào)。

一方面控制板通過(guò)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(guò)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(duì)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(jí)JTAG插座、RJ45網(wǎng)口，AC插座采用型號(hào)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(yǔ)言編寫，使用AVR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(cè)試結(jié)果及討論

3.1主要的測(cè)試儀表及項(xiàng)目

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

3.2測(cè)試結(jié)果

產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果如表1所示。