基于ADS—B的射频前端接收技术研究

2016-07-15郭褚冰

科技视界 2016年17期

郭褚冰

【摘要】随着ADS-B航空器运行监视技术的快速发展，ADS-B接收系统国产化的需求也在逐渐的提高。本文主要围绕ADS-B接收组件射频前端接收技术进行研究，提出射频接收组件的总体设计方案和关键技术的实现方法，并与信号处理单元和显控单元进行联合调试。给出了前端接收组件的实验室测试结果和测试方案以及联调数据。

【关键词】ADS-B；灵敏度；检波器

本文从自动相关监视系统（ADS-B）的工作原理出发，设计了射频接收组件的技术指标和系统架构，并对射频接收组件的设计中的关键技术进行了分析，搭载测试系统对射频接收组件进行闭环测试并与数字处理单元和显示控制单元进行实测验证系统的性能。

1 ADS-B射频接收组件架构设计

ADS-B射频接收组件应用于ADS-B天线接收到的（-90dBm，-10dBm）信号强度的1090MHz的射频信号，通过限幅、滤波、混频、中频放大、检波等过程生成数字信号处理单元中A/D采样模块能够识别和处理的检波信号。

根据ADS-B接收系统实际工作的环境，分析出射频组件的具体性能指标，如表1所示。

2 ADS-B射频组件关键技术研究

2.1 本振单元设计

2.1.1 锁相环芯片

频率合成技术目前有三种主要方法：一是，由混频器、分频器、倍频器、滤波器分离元器件构成。二是，直接数字频率合成器（DDS），即通过查表的方式将对应点数通过AD转换输出。三是，锁相环路（PLL）方法产生。三种方法中锁相环路的方法在信号输出稳定度和噪声系数上有较大优势，所以采用锁相环路的方法实现本振的输出。

一个典型的PLL系统，由鉴相器（PD），压控振荡器（VCO），低通滤波器（LPF）三个基本电路构成。PLL电路在一个反馈电路的作用下，压控振荡器跟踪一个相位稳定的基准参考信号源，直到两个信号的相位信息一致，压控振荡器输出一个稳定的频率。

ADS-B射频模块主要将接收到的1090MHz的射频信号进行下变频，输出110MHz的中频信号，本振单元则输出1200MHz的本振信号与输入信号进行混频。随着集成电路技术的快速发展，锁相环单元可以将分频器、相位检测器、电荷泵、压控振荡器集成在一个芯片上，不仅减小了射频组件的体积，在可测试性设计上也有较大的改进。在这里我们采用ADI公司的一款成熟锁相环芯片ADF4350频率合成器主要用于提供本地振荡信号和用于无线信道下变频使用。包含一个低相位噪声的相位检测器（PFD），一个高精度的电荷泵（CP），可编程的输入参考分频器，可编程的A/B计数器，以及一个双模前置分频器用来实现整数和小数分频。通过外置低通滤波器使电荷泵电流转化为压控电压用来控制内部一个低相位噪声的VCO，在环路锁定的前提下输出稳定的电压信号。

2.1.2 配置芯片

采用一款8位的C8051单片机，8个I/O端口和内部可编程高精度振荡器，I/O端口模拟ADF4351配置端口的时序对PLL芯片进行配置。CLK为配置时钟，DATA为输入数据，LE为使能管脚。

本振需要输出1.2GHz的频点，参考输入时钟为10MHz，D=2，R=1，FRAC=0，可以得出INT=40，所以DATA数据线需要输入的二进制代码为101000。

2.2 检波器单元设计

普通的线性检波器的动态范围达到60dB已经比较困难，ADS-B接收机的动态范围在70dB左右，而对数检波的动态范围已经达到90dB，满足设计要求。

本文中采用AD8310是一种宽带对数放大器，能够在（0，400MHz）范围内实现包络检波，脉冲响应时间为15ns，检波动态范围是95dB，内部包含9级相同的限幅放大器，将每一级的输出分别检波并送到加法器中使得输出电压与输入电压呈现对数关系。

3 测试结果与分析

ADS-B射频接收模块实物图如图所示，模块需要5V直流供电电源，ADS-B接收天线，信号源和示波器。

4 总结

ADS-B技术的应用极大的提升了航空器运行监视技术的性能，通过对系统功能的分析得出射频组件的技术指标，优化设计了频率合成单元，滤波器单元和检波器单元。在后期模块测试和整机测试环节中，射频接收模块性能优异。

【参考文献】

[1]周其焕.空中慧眼—ADS-B[J].空中交通管理，2001（10）：62-63.