基于ADS—B的射頻前端接收技術研究

郭褚冰

【摘 要】隨著ADS-B航空器運行監視技術的快速發展，ADS-B接收系統國產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進行研究，提出射頻接收組件的總體設計方案和關鍵技術的實現方法，并與信號處理單元和顯控單元進行聯合調試。給出了前端接收組件的實驗室測試結果和測試方案以及聯調數據。

【關鍵詞】ADS-B；靈敏度；檢波器

本文從自動相關監視系統（ADS-B）的工作原理出發，設計了射頻接收組件的技術指標和系統架構，并對射頻接收組件的設計中的關鍵技術進行了分析，搭載測試系統對射頻接收組件進行閉環測試并與數字處理單元和顯示控制單元進行實測驗證系統的性能。

1 ADS-B射頻接收組件架構設計

ADS-B射頻接收組件應用于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ADS-B接收系統實際工作的環境，分析出射頻組件的具體性能指標，如表1所示。

2 ADS-B射頻組件關鍵技術研究

2.1 本振單元設計

2.1.1 鎖相環芯片

頻率合成技術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成。二是，直接數字頻率合成器（DDS），即通過查表的方式將對應點數通過AD轉換輸出。三是，鎖相環路（PLL）方法產生。三種方法中鎖相環路的方法在信號輸出穩定度和噪聲系數上有較大優勢，所以采用鎖相環路的方法實現本振的輸出。

一個典型的PLL系統，由鑒相器（PD），壓控振蕩器（VCO），低通濾波器（LPF）三個基本電路構成。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。隨著集成電路技術的快速發展，鎖相環單元可以將分頻器、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），可編程的輸入參考分頻器，可編程的A/B計數器，以及一個雙模前置分頻器用來實現整數和小數分頻。通過外置低通濾波器使電荷泵電流轉化為壓控電壓用來控制內部一個低相位噪聲的VCO，在環路鎖定的前提下輸出穩定的電壓信號。

2.1.2 配置芯片

采用一款8位的C8051單片機，8個I/O端口和內部可編程高精度振蕩器，I/O端口模擬ADF4351配置端口的時序對PLL芯片進行配置。CLK為配置時鐘，DATA為輸入數據，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，FRAC=0，可以得出INT=40，所以DATA數據線需要輸入的二進制代碼為101000。

2.2 檢波器單元設計

普通的線性檢波器的動態范圍達到60dB已經比較困難，ADS-B接收機的動態范圍在70dB左右，而對數檢波的動態范圍已經達到90dB，滿足設計要求。

本文中采用AD8310是一種寬帶對數放大器，能夠在（0，400MHz）范圍內實現包絡檢波，脈沖響應時間為15ns，檢波動態范圍是95dB，內部包含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對數關系。

3 測試結果與分析

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

ADS-B技術的應用極大的提升了航空器運行監視技術的性能，通過對系統功能的分析得出射頻組件的技術指標，優化設計了頻率合成單元，濾波器單元和檢波器單元。在后期模塊測試和整機測試環節中，射頻接收模塊性能優異。

【參考文獻】

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

[2]劉源.Ka 波段收發組件小型化技術研究[D].電子科技大學，2009.

[責任編輯：楊玉潔]