一種儀表著陸系統接收通道的設計與實現

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

關鍵詞：射頻接收通道；儀表著陸系統；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

儀表著陸系統簡稱ILS，是飛機著陸時進行著陸引導的標準輔助系統。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信息，因此它的接收機性能至關重要。

1 儀表著陸系統接收機的組成

儀表著陸系統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換等組成。它主要是將接收到的航向和下滑信號轉換至中頻信號，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計分析。

2 航向和下滑接收通道的主要技術指標

（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動態范圍

航向：-100～-20dBm；

下滑：-100～-20dBm。

（2）噪聲系數：≤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 接收通道的設計分析

這兩個接收通道特點是靈敏度高、動態范圍大，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放大器來擴展動態范圍，采用檢波器來取的AGC環路的控制電壓。

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。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，經過第一次混頻輸出390MHz的第一中頻信號后，再經過第二次混頻輸出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過耦合器將耦合的信號送入檢波器，檢波后的信號經過濾波、放大后形成AGC電壓，AGC電壓并聯控制兩級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的。該濾波器特點是：矩形系數好，帶內波動小，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電路設計

無線射頻收發系統中，由于信號傳播過程中路徑損耗不同、發射機和接收機之間距離的變化、接收機環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。

為了實現接收機輸出中頻信號幅度的穩定，需要采用AGC技術，它可以根據接收信號的大小來自動調整射頻接收通道中可調增益器件的增益。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。檢波器主要產生AGC控制電壓，它將影響AGC環路響應時間等重要指標。

AGC電路中檢波器將輸入的信號功率轉換為電壓輸出，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是一種平均響應功率檢測器，它的輸出是一個線性響應直流電壓，轉換增益為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 結束語

在實際電路設計時，還需要充分考慮到結構要求、環境適應性、電磁兼容性等其他方面因素，以及在整機聯試中出現的問題對接收通道的各級設計進行改進和完善。本方案已經在公司的多個產品上得到了實際應用，達到了設計要求的各項技術指標。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-10