郭褚冰

【摘 要】隨著ADS-B航空器運行監(jiān)視技術(shù)的快速發(fā)展，ADS-B接收系統(tǒng)國產(chǎn)化的需求也在逐漸的提高。本文主要圍繞ADS-B接收組件射頻前端接收技術(shù)進行研究，提出射頻接收組件的總體設(shè)計方案和關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)方法，并與信號處理單元和顯控單元進行聯(lián)合調(diào)試。給出了前端接收組件的實驗室測試結(jié)果和測試方案以及聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】ADS-B；靈敏度；檢波器

本文從自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）的工作原理出發(fā)，設(shè)計了射頻接收組件的技術(shù)指標和系統(tǒng)架構(gòu)，并對射頻接收組件的設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，搭載測試系統(tǒng)對射頻接收組件進行閉環(huán)測試并與數(shù)字處理單元和顯示控制單元進行實測驗證系統(tǒng)的性能。

1 ADS-B射頻接收組件架構(gòu)設(shè)計

ADS-B射頻接收組件應(yīng)用于ADS-B天線接收到的（-90dBm，-10dBm）信號強度的1090MHz的射頻信號，通過限幅、濾波、混頻、中頻放大、檢波等過程生成數(shù)字信號處理單元中A/D采樣模塊能夠識別和處理的檢波信號。

根據(jù)ADS-B接收系統(tǒng)實際工作的環(huán)境，分析出射頻組件的具體性能指標，如表1所示。

2 ADS-B射頻組件關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 本振單元設(shè)計

2.1.1 鎖相環(huán)芯片

頻率合成技術(shù)目前有三種主要方法：一是，由混頻器、分頻器、倍頻器、濾波器分離元器件構(gòu)成。二是，直接數(shù)字頻率合成器（DDS），即通過查表的方式將對應(yīng)點數(shù)通過AD轉(zhuǎn)換輸出。三是，鎖相環(huán)路（PLL）方法產(chǎn)生。三種方法中鎖相環(huán)路的方法在信號輸出穩(wěn)定度和噪聲系數(shù)上有較大優(yōu)勢，所以采用鎖相環(huán)路的方法實現(xiàn)本振的輸出。

一個典型的PLL系統(tǒng)，由鑒相器（PD），壓控振蕩器（VCO），低通濾波器（LPF）三個基本電路構(gòu)成。PLL電路在一個反饋電路的作用下，壓控振蕩器跟蹤一個相位穩(wěn)定的基準參考信號源，直到兩個信號的相位信息一致，壓控振蕩器輸出一個穩(wěn)定的頻率。

ADS-B射頻模塊主要將接收到的1090MHz的射頻信號進行下變頻，輸出110MHz的中頻信號，本振單元則輸出1200MHz的本振信號與輸入信號進行混頻。隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，鎖相環(huán)單元可以將分頻器、相位檢測器、電荷泵、壓控振蕩器集成在一個芯片上，不僅減小了射頻組件的體積，在可測試性設(shè)計上也有較大的改進。在這里我們采用ADI公司的一款成熟鎖相環(huán)芯片ADF4350頻率合成器主要用于提供本地振蕩信號和用于無線信道下變頻使用。包含一個低相位噪聲的相位檢測器（PFD），一個高精度的電荷泵（CP），可編程的輸入?yún)⒖挤诸l器，可編程的A/B計數(shù)器，以及一個雙模前置分頻器用來實現(xiàn)整數(shù)和小數(shù)分頻。通過外置低通濾波器使電荷泵電流轉(zhuǎn)化為壓控電壓用來控制內(nèi)部一個低相位噪聲的VCO，在環(huán)路鎖定的前提下輸出穩(wěn)定的電壓信號。

2.1.2 配置芯片

采用一款8位的C8051單片機，8個I/O端口和內(nèi)部可編程高精度振蕩器，I/O端口模擬ADF4351配置端口的時序?qū)LL芯片進行配置。CLK為配置時鐘，DATA為輸入數(shù)據(jù)，LE為使能管腳。

本振需要輸出1.2GHz的頻點，參考輸入時鐘為10MHz，D=2，R=1，F(xiàn)RAC=0，可以得出INT=40，所以DATA數(shù)據(jù)線需要輸入的二進制代碼為101000。

2.2 檢波器單元設(shè)計

普通的線性檢波器的動態(tài)范圍達到60dB已經(jīng)比較困難，ADS-B接收機的動態(tài)范圍在70dB左右，而對數(shù)檢波的動態(tài)范圍已經(jīng)達到90dB，滿足設(shè)計要求。

本文中采用AD8310是一種寬帶對數(shù)放大器，能夠在（0，400MHz）范圍內(nèi)實現(xiàn)包絡(luò)檢波，脈沖響應(yīng)時間為15ns，檢波動態(tài)范圍是95dB，內(nèi)部包含9級相同的限幅放大器，將每一級的輸出分別檢波并送到加法器中使得輸出電壓與輸入電壓呈現(xiàn)對數(shù)關(guān)系。

3 測試結(jié)果與分析

ADS-B射頻接收模塊實物圖如圖所示，模塊需要5V直流供電電源，ADS-B接收天線，信號源和示波器。

4 總結(jié)

ADS-B技術(shù)的應(yīng)用極大的提升了航空器運行監(jiān)視技術(shù)的性能，通過對系統(tǒng)功能的分析得出射頻組件的技術(shù)指標，優(yōu)化設(shè)計了頻率合成單元，濾波器單元和檢波器單元。在后期模塊測試和整機測試環(huán)節(jié)中，射頻接收模塊性能優(yōu)異。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]