一種儀表著陸系統(tǒng)接收通道的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：近年來，隨著航電系統(tǒng)向綜合化、模塊化、通用化的方向發(fā)展，儀表著陸接收機不再以獨立的設(shè)備出現(xiàn)，而是以一種接收模塊的形式出現(xiàn)在綜合航電系統(tǒng)中，為正在著陸的飛機提供引導(dǎo)信息。而射頻接收通道作為儀表著陸系統(tǒng)接收模塊的重要組成部分，直接影響到儀表著陸功能。本文根據(jù)某通信導(dǎo)航系統(tǒng)對儀表著陸系統(tǒng)接收模塊的要求，對儀表著陸系統(tǒng)接收模塊的射頻接收通道進行了設(shè)計與實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：射頻接收通道；儀表著陸系統(tǒng)；自動增益控制

中圖分類號：TN851 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0311-02

引 言

儀表著陸系統(tǒng)簡稱ILS，是飛機著陸時進行著陸引導(dǎo)的標準輔助系統(tǒng)。其作用是向著陸過程中的飛機提供航向道和下滑道的著陸引導(dǎo)信息，因此它的接收機性能至關(guān)重要。

1 儀表著陸系統(tǒng)接收機的組成

儀表著陸系統(tǒng)接收機主要由航向接收通道、下滑接收通道、接口板、信號處理部分和電源轉(zhuǎn)換等組成。它主要是將接收到的航向和下滑信號轉(zhuǎn)換至中頻信號，之后進入A/D采樣，送至信號處理進行解算得到航向和下滑的角度信息。下面主要涉及的是航向和下滑接收通道的設(shè)計分析。

2 航向和下滑接收通道的主要技術(shù)指標

（1）射頻輸入信號

①頻率范圍

航向：108.10～111.95MHz；

下滑：329.15～335.00MHz。

②動態(tài)范圍

航向：-100～-20dBm；

下滑：-100～-20dBm。

（2）噪聲系數(shù)：≤10dB。

（3）中頻輸出：70MHz。

（4）中頻輸出幅度：-5～+8dBm。

（5）中頻6dB帶寬

航向：≥24kHz；

下滑：≥46kHz。

（6）中頻60dB帶寬

航向：≤90kHz；

下滑：≤120kHz。

（7）鏡頻抑制：≥70dB。

（8）鄰波道抑制

航向：≥60dB；

下滑：≥60dB。

3 接收通道的設(shè)計分析

這兩個接收通道特點是靈敏度高、動態(tài)范圍大，鏡頻抑制高，因此采用了超外差式接收機以獲得較高的靈敏度，使用VGC放大器來擴展動態(tài)范圍，采用檢波器來取的AGC環(huán)路的控制電壓。

由于航向和下滑信號是從同一個天線接收進來的，所以在兩個接收通道的前端使用了一個功分帶通濾波器。

3.1 航向接收通道方案

航向接收通道由于接收的信號頻率較低，一次混頻到70MHz時鏡頻抑制的指標比較難達到，所以采用兩次混頻技術(shù)。接收通道由低噪放、混頻電路，中頻濾波放大電路，AGC電路等組成。航向通道接收108.10～111.95MHz的信號，經(jīng)過第一次混頻輸出390MHz的第一中頻信號后，再經(jīng)過第二次混頻輸出70MHz的第二中頻信號，放大后輸出幅度為0dBm的70MHz中頻信號。

鏡頻抑制是通過前端的功分帶通濾波器和一混頻后的聲表濾波器來實現(xiàn)的。由于采取了二次混頻，鏡頻信號能被很好的抑制掉。

為了滿足動態(tài)范圍使用了兩級0-40dB范圍的VGC放大器。AGC的控制電壓是將放大后的信號經(jīng)過耦合器將耦合的信號送入檢波器，檢波后的信號經(jīng)過濾波、放大后形成AGC電壓，AGC電壓并聯(lián)控制兩級VGC放大器。

鄰波道抑制指標是通過在70MHz中頻信號上使用兩級晶體帶通濾波器來實現(xiàn)的。該濾波器特點是：矩形系數(shù)好，帶內(nèi)波動小，插損較小，而且在帶通濾波器中只有晶體濾波器能做到這么窄的帶寬下達到需要的抑制。

3.2 下滑接收通道方案

滑接收通道的原理和航向接收通道的基本相似，唯一不同的是下滑接收通道接收329.15～335MHz的信號，經(jīng)過一次混頻即可得到70MHz的中頻信號。

鏡頻抑制是通過前端的功分帶通濾波器來實現(xiàn)的。由于鏡頻頻率在190MHz左右，可以被功分帶通濾波器抑制掉80dB以上。

動態(tài)范圍和鄰波道抑采用了和航向接收通道一樣的解決方法。

3.3 AGC電路設(shè)計

無線射頻收發(fā)系統(tǒng)中，由于信號傳播過程中路徑損耗不同、發(fā)射機和接收機之間距離的變化、接收機環(huán)境的變化以及其他頻段信號的干擾等因素，使得接收機接收的信號強度有很大起伏。但是，接收機的信號處理部分一般只能處理中頻幅度穩(wěn)定的信號，因此接收機必須在接收到的射頻信號幅度不同時增益可調(diào)。

為了實現(xiàn)接收機輸出中頻信號幅度的穩(wěn)定，需要采用AGC技術(shù)，它可以根據(jù)接收信號的大小來自動調(diào)整射頻接收通道中可調(diào)增益器件的增益。即當中頻幅度過小時，增加射頻接收通道的增益；當中頻幅度過大時，降低射頻接收通道的增益。其原理框圖如圖1。

在AGC電路中主要使用了以下器件：

（1）檢波器

檢波器是AGC電路方案中非常重要的器件，AGC電路的性能直接受到它性能好壞的影響。檢波器主要產(chǎn)生AGC控制電壓，它將影響AGC環(huán)路響應(yīng)時間等重要指標。

AGC電路中檢波器將輸入的信號功率轉(zhuǎn)換為電壓輸出，從而得到控制電壓去控制射頻接收通道中的可控增益器件。這就要求檢波器能很好地檢測出它輸入端的信號功率。最終選擇了AD公司的真功率檢波器AD8361。AD8361是一種平均響應(yīng)功率檢測器，它的輸出是一個線性響應(yīng)直流電壓，轉(zhuǎn)換增益為7.5V/Vrms。

（2）運算放大器

在本方案中，檢波器輸出的直流電壓較低無法達到控制壓控增益器件的電壓范圍，需要用到運算放大器AD824將檢波器的輸出電壓放大到合適的范圍。

檢波器輸出的檢波電壓在輸入信號大的時候輸出電壓大，輸入信號小的時候輸出電壓小，這與VGC放大器和壓控衰減器的電壓控制方式剛好相反，所以運算放大器采用反向輸入，這樣運算放大器的輸出電壓與壓控增益器件的電壓控制方式相同。

4 結(jié)束語

在實際電路設(shè)計時，還需要充分考慮到結(jié)構(gòu)要求、環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性等其他方面因素，以及在整機聯(lián)試中出現(xiàn)的問題對接收通道的各級設(shè)計進行改進和完善。本方案已經(jīng)在公司的多個產(chǎn)品上得到了實際應(yīng)用，達到了設(shè)計要求的各項技術(shù)指標。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-10