一種民航機載雙通道接收機設計

張小舟

（成都天奧信息科技有限公司，四川成都，611731）

1 主要技術指標

工作頻率：VHF 段：113 MHz～137MHz，中頻頻率：一中頻：21.4MHz（通路1）/21.7MHz（通路2）；二中頻：450kHz，中頻選擇性：3dB 帶寬≥30kHz；60dB 帶寬≤65kHz，工作種類：話音AM，靈敏度：話音-102dBm（(S+N)/N=10dB），鏡頻抑制：≥80dB，中頻抑制：≥80dB，動態(tài)范圍：射頻輸入從-102dBm 增至-7dBm，中頻輸出保持在-2dBm±3dB，AGC 響應時間：≤80μS，降靈：≥70dB。

2 接收機組成及工作原理

接收機由帶通濾波、LNA、功分、一中放、中頻濾波、二中放、AGC 控制環(huán)路等電路組成。因為雙通道同時工作，所以每路信號的變頻，放大都需要各自的通路，考慮到盡量節(jié)約成本和空間，前端高放中的帶通濾波器和第一個LNA為兩通道公用。

圖1 接收機整機原理框圖

天線端接收信號進入接收機前端的113MHz～137MHz帶通濾波器，再送入第一個前端LNA 低噪聲放大，（以獲得足夠大的信號幅度以便于功分器的信號功率分配，同時也是為了提高整機噪聲系數(shù)，此放大器要求極低的噪聲系數(shù)，并且有較高的1dB 輸入壓縮點）[1]。由于第一級的LNA 不受AGC 控制，選取器件時要求其增益不能過高，以防在大信號時使第二級LNA 飽和。再經(jīng)過功分器（起到信號隔離作用和防止中頻，本振信號通過天線向外發(fā)射）分成兩路信號，兩路信號再分別送到各自通道的高放、一中放變頻放大。每個通道都包含了鏡頻濾波器、混頻器、帶通濾波器、放大器。

從高放輸出的信號進入一中的第一個通道后，通過前端的鏡頻濾波器對鏡像頻率156.4MHz～180.4MHz 進行有效的衰減，然后送入一混頻器得到第一中頻21.7MHz，再經(jīng)帶通濾波器濾波。為彌補濾波器插損，在二次混頻前，對21.7MHz 的中頻信號進行放大。在二次變頻時，通過21.25MHz 晶體振蕩器產(chǎn)生的本振和一中頻差頻得到450kHz 第二中頻[2]。兼顧接收機后端二中放的接口電平，450kHz 中頻需做進一步放大。從一中放輸出的信號通過450kHz 中頻濾波器濾波、二中放大后送信號處理模塊進行A/D 數(shù)字解調(diào)。同時輸出的450kHz 中頻信號經(jīng)過檢波，輸出AGC 射頻控制信號。AGC 控制信號送接收機模塊AGC 放大電路對接收機通路上的放大器做增益控制。

從高放輸出的信號進入一中的第二個通道后，通過前端的鏡頻濾波器對鏡像頻率155.8MHz～179.8MHz進行有效的衰減，然后送入一混頻器得到第一中頻21.4MHz，其他過程和第一個通道相同[3]。

圖3 接收機噪聲計算框圖

3 主要技術指標的分析和計算

■3.1 接收機噪聲系數(shù)估算

由于一中放增益一般選取較大，在計算噪聲系數(shù)時，只需考慮前級的噪聲。對民航空管電臺，其雙通道接收機要引入公分器，考慮功分及1dB 插順，計4dB。

根據(jù)公式：

計算可得NF=2.58=4.12dB

■3.2 靈敏度

靈敏度的定義是:接收機接收微弱信號的能力,它取決于接收機前端的噪聲底數(shù)和射頻前端的增益。為滿足整機增益和噪聲系數(shù)要求，對前端器件的選取原則是：有源放大器要求有合適的增益和較小的噪聲系數(shù)，無源器件要求有較高的隔離度和較小的插損。電臺要求在最小的射頻信號輸入不大于-102dBm[4]。根據(jù)理論如果要提高接收機靈敏度，必須有較高的高放增益和較低的前端噪聲系數(shù)，但是高放增益過高，又會使進入混頻器的信號電平和噪聲干擾電平較高，容易產(chǎn)生交調(diào)和互調(diào)。高放包括了兩個低噪聲放大器,結(jié)構框圖如圖4 所示。

圖4 高放模塊組成

前一個LNA 用作放大微弱的射頻接收信號，提供必的信號幅度以便后面的功率分配，后一個LNA 為了彌補功分器和帶通濾波器的插損，同時提供必要的混頻器的接口電平。由于接收機的動態(tài)范圍從-102dB～-7dB，為了防止在輸入大信號時放大器進入非線性區(qū)或燒毀，要求第一個LNA 有足夠高的1dB 輸入點。由于兩路輸入信號同時工作，為了不至于兩路信號相互干擾，要求功分器要有較高的隔離度，同時要求有較低的插損[5]。為了避免帶外組合干擾信號進入中頻和滿足整機較高度中頻抑制，要求帶通濾波器有較好的矩形系數(shù)和較高的帶外抑制。

而靈敏度S=10log(KTB×103)+NF+S0/No

相關參數(shù)代入上式計算得：S=-115dBm，顯然滿足靈敏度為-102dBm 的設計要求。

■3.3 增益計算和分配

接收靈敏度-102dBm，輸出按中頻接口-2dBm 算，接收機總增益為 GV＝100dB，從接收機通道增益分配圖中可以看出，接收機的主要增益分配在二中，這樣設計有利于接收機有較大的動態(tài)范圍且使整個通道穩(wěn)定。在選擇放大器時，考慮到線損，高低溫對器件增益的影響等因素，可以根據(jù)圖中分配原則選取增益稍大于設計值的器件，以便留有足夠的余量保證通道增益。

■3.4 接收系統(tǒng)的1dB 壓縮點分析

實際所需的1dB 壓縮點應大于靈敏度加降靈：-102dBm+70dB=-32dBm。此為開放全部增益的情況。從圖 25 看出，降靈干擾信號在一濾波器就能被濾波，進入最容易飽和的一混頻器前的總增益為20dB，此混頻器的1dB 壓縮點為1dBm，則它反映在天線端的1dB 壓縮點為1dBm-20dB=-19dBm。大于所需的-32dBm。

圖2 一中放原理框圖

圖6 接收機AGC 環(huán)路框圖

■3.5 AGC 響應

接收機的常規(guī)AGC 響應時間對于數(shù)傳接收通道快速可靠的建立起著至關重要的作用。AGC 電壓是直流電壓，后跟RC 電路組成的低通濾波器，其時間常數(shù)應根據(jù)信號的形式選擇。

接收機AGC 環(huán)路采用了前向射頻AGC 控制方式。通路中用PIN 管1N5767 組成電控衰減器控制增益，電控衰減器接在中頻放大器級于級之間，用電控衰減器的好處是它對中頻放大器的頻率特性影響較小。通過檢波后產(chǎn)生了AGC電平。射頻AGC 電平經(jīng)直流放大后，一路送二中放前端用PIN 管搭建的可變負載來改變二中增益。另一路送至高放和一中放的電調(diào)衰減器。

當輸入信號增大時，送入接收機的AGC 電平增大，超過門限電平時，送二中放AGC 開始起控，隨著信號繼續(xù)增大，送高放和一中放的AGC 也起控。隨著信號幅度的增加，高放的增益被全部控制住并對信號表現(xiàn)出衰減特性，一中放的放大量也隨信號增加慢慢降低，最后對信號表現(xiàn)出衰減特性，而二中放在AGC 起控后，增益就被一直控制在一個固定的值上面，增益量不隨AGC 的增大而降低了，保持了一個固定增益。

■3.6 動態(tài)范圍

如果接收機靈敏度很高，但動態(tài)很小并沒有實用價值，因為稍有干擾或信號偏大就會造成接收機的阻塞。反之，動態(tài)大但靈敏度低的接收機雖不易被阻塞，但卻收不到信號，也不能滿足遠距離通信的需要。接收機的靈敏度和動態(tài)必須綜合考慮?？紤]一種極端的情況，當電臺和飛機距離很近，對空臺天線正對機載天線，此時應為接收機實際收到信號最強的時候.此時接收機收到信號強度大于-7dBm。當從天線接收到的信號進入電臺后，還要經(jīng)過收發(fā)開關等無源有耗器件，因此將接收機的動態(tài)上限定為-7dBm。

在電路的設計過程中，為確保接收機的動態(tài)-102dBm～ -7dBm，接收機的動態(tài)范圍為95dB，自動增益控制范圍考慮為100dB 以上，有足夠余量來適應瞬時信號的突變。整個電調(diào)衰減器都由PIN 管搭建，一級PIN 管能衰減30dB。設計高放動態(tài)為56dB（取衰減20dB）；設計一中動態(tài)為31dB（取衰減10dB）；二中放是兩級PIN 管衰減動態(tài)范圍為60dB（取衰減20dB）。接收通道的增益控制量可達到100dB 以上，接收機的動態(tài)范圍是可以滿足的。

■3.7 中頻抑制

中頻抑制的指標里，射頻信號經(jīng)帶通濾波和低噪聲放大后送至混頻器變?yōu)閮蓚€一中頻21.4MHz 和27.4MHz 和相同二中450KHz。對于一二中頻的抑制主要依靠帶通濾波器的帶外抑制，以及混頻器輸入段和輸出端的隔離。由于混頻器輸入輸出間的隔離度為約40db 左右，而要達到中頻抑制大于80dB，帶通濾波器在21.4MHz，27.4MHz 和450KHz左右的的衰減必須大于40dB 以上，由于選用了兩級帶通濾波器，每個濾波器的帶外抑制都能達到40dB 以上，所以完全能夠達到對中頻80dB 的有效抑制。

■3.8 鏡頻抑制

在變頻器之前加鏡頻濾波器是消除鏡頻干擾的唯一辦法，由于鏡頻抑制指標要求大于80dB，如此高的衰減量，對單個濾波器的Q 值要求很高，LC 濾波器很難做到。由于接收機前端帶通濾波器對鏡頻有一定的抑制，但是達不到80dB 的要求，所以在混頻器前端再加一個鏡頻濾波器，通過兩個濾波器后，鏡頻能夠達到80dB 的衰減要求。

圖7 接收機動態(tài)增益分配圖

4 結(jié)束語

為提高民航機載通信接收效果，設計一種民航機載雙通道接收機，分析接收機組成及工作原理，并對各技術指標計算分析，由此完成本文設計。