一种民航机载双通道接收机设计

张小舟

（成都天奥信息科技有限公司，四川成都，611731）

1 主要技术指标

工作频率：VHF 段：113 MHz～137MHz，中频频率：一中频：21.4MHz（通路1）/21.7MHz（通路2）；二中频：450kHz，中频选择性：3dB 带宽≥30kHz；60dB 带宽≤65kHz，工作种类：话音AM，灵敏度：话音-102dBm（(S+N)/N=10dB），镜频抑制：≥80dB，中频抑制：≥80dB，动态范围：射频输入从-102dBm 增至-7dBm，中频输出保持在-2dBm±3dB，AGC 响应时间：≤80μS，降灵：≥70dB。

2 接收机组成及工作原理

接收机由带通滤波、LNA、功分、一中放、中频滤波、二中放、AGC 控制环路等电路组成。因为双通道同时工作，所以每路信号的变频，放大都需要各自的通路，考虑到尽量节约成本和空间，前端高放中的带通滤波器和第一个LNA为两通道公用。

图1 接收机整机原理框图

天线端接收信号进入接收机前端的113MHz～137MHz带通滤波器，再送入第一个前端LNA 低噪声放大，（以获得足够大的信号幅度以便于功分器的信号功率分配，同时也是为了提高整机噪声系数，此放大器要求极低的噪声系数，并且有较高的1dB 输入压缩点）[1]。由于第一级的LNA 不受AGC 控制，选取器件时要求其增益不能过高，以防在大信号时使第二级LNA 饱和。再经过功分器（起到信号隔离作用和防止中频，本振信号通过天线向外发射）分成两路信号，两路信号再分别送到各自通道的高放、一中放变频放大。每个通道都包含了镜频滤波器、混频器、带通滤波器、放大器。

从高放输出的信号进入一中的第一个通道后，通过前端的镜频滤波器对镜像频率156.4MHz～180.4MHz 进行有效的衰减，然后送入一混频器得到第一中频21.7MHz，再经带通滤波器滤波。为弥补滤波器插损，在二次混频前，对21.7MHz 的中频信号进行放大。在二次变频时，通过21.25MHz 晶体振荡器产生的本振和一中频差频得到450kHz 第二中频[2]。兼顾接收机后端二中放的接口电平，450kHz 中频需做进一步放大。从一中放输出的信号通过450kHz 中频滤波器滤波、二中放大后送信号处理模块进行A/D 数字解调。同时输出的450kHz 中频信号经过检波，输出AGC 射频控制信号。AGC 控制信号送接收机模块AGC 放大电路对接收机通路上的放大器做增益控制。

从高放输出的信号进入一中的第二个通道后，通过前端的镜频滤波器对镜像频率155.8MHz～179.8MHz进行有效的衰减，然后送入一混频器得到第一中频21.4MHz，其他过程和第一个通道相同[3]。

图3 接收机噪声计算框图

3 主要技术指标的分析和计算

■3.1 接收机噪声系数估算

由于一中放增益一般选取较大，在计算噪声系数时，只需考虑前级的噪声。对民航空管电台，其双通道接收机要引入公分器，考虑功分及1dB 插顺，计4dB。

根据公式：

计算可得NF=2.58=4.12dB

■3.2 灵敏度

灵敏度的定义是:接收机接收微弱信号的能力,它取决于接收机前端的噪声底数和射频前端的增益。为满足整机增益和噪声系数要求，对前端器件的选取原则是：有源放大器要求有合适的增益和较小的噪声系数，无源器件要求有较高的隔离度和较小的插损。电台要求在最小的射频信号输入不大于-102dBm[4]。根据理论如果要提高接收机灵敏度，必须有较高的高放增益和较低的前端噪声系数，但是高放增益过高，又会使进入混频器的信号电平和噪声干扰电平较高，容易产生交调和互调。高放包括了两个低噪声放大器,结构框图如图4 所示。

图4 高放模块组成

前一个LNA 用作放大微弱的射频接收信号，提供必的信号幅度以便后面的功率分配，后一个LNA 为了弥补功分器和带通滤波器的插损，同时提供必要的混频器的接口电平。由于接收机的动态范围从-102dB～-7dB，为了防止在输入大信号时放大器进入非线性区或烧毁，要求第一个LNA 有足够高的1dB 输入点。由于两路输入信号同时工作，为了不至于两路信号相互干扰，要求功分器要有较高的隔离度，同时要求有较低的插损[5]。为了避免带外组合干扰信号进入中频和满足整机较高度中频抑制，要求带通滤波器有较好的矩形系数和较高的带外抑制。

而灵敏度S=10log(KTB×103)+NF+S0/No

相关参数代入上式计算得：S=-115dBm，显然满足灵敏度为-102dBm 的设计要求。

■3.3 增益计算和分配

接收灵敏度-102dBm，输出按中频接口-2dBm 算，接收机总增益为 GV＝100dB，从接收机通道增益分配图中可以看出，接收机的主要增益分配在二中，这样设计有利于接收机有较大的动态范围且使整个通道稳定。在选择放大器时，考虑到线损，高低温对器件增益的影响等因素，可以根据图中分配原则选取增益稍大于设计值的器件，以便留有足够的余量保证通道增益。

■3.4 接收系统的1dB 压缩点分析

实际所需的1dB 压缩点应大于灵敏度加降灵：-102dBm+70dB=-32dBm。此为开放全部增益的情况。从图 25 看出，降灵干扰信号在一滤波器就能被滤波，进入最容易饱和的一混频器前的总增益为20dB，此混频器的1dB 压缩点为1dBm，则它反映在天线端的1dB 压缩点为1dBm-20dB=-19dBm。大于所需的-32dBm。

图2 一中放原理框图

图6 接收机AGC 环路框图

■3.5 AGC 响应

接收机的常规AGC 响应时间对于数传接收通道快速可靠的建立起着至关重要的作用。AGC 电压是直流电压，后跟RC 电路组成的低通滤波器，其时间常数应根据信号的形式选择。

接收机AGC 环路采用了前向射频AGC 控制方式。通路中用PIN 管1N5767 组成电控衰减器控制增益，电控衰减器接在中频放大器级于级之间，用电控衰减器的好处是它对中频放大器的频率特性影响较小。通过检波后产生了AGC电平。射频AGC 电平经直流放大后，一路送二中放前端用PIN 管搭建的可变负载来改变二中增益。另一路送至高放和一中放的电调衰减器。

当输入信号增大时，送入接收机的AGC 电平增大，超过门限电平时，送二中放AGC 开始起控，随着信号继续增大，送高放和一中放的AGC 也起控。随着信号幅度的增加，高放的增益被全部控制住并对信号表现出衰减特性，一中放的放大量也随信号增加慢慢降低，最后对信号表现出衰减特性，而二中放在AGC 起控后，增益就被一直控制在一个固定的值上面，增益量不随AGC 的增大而降低了，保持了一个固定增益。

■3.6 动态范围

如果接收机灵敏度很高，但动态很小并没有实用价值，因为稍有干扰或信号偏大就会造成接收机的阻塞。反之，动态大但灵敏度低的接收机虽不易被阻塞，但却收不到信号，也不能满足远距离通信的需要。接收机的灵敏度和动态必须综合考虑。考虑一种极端的情况，当电台和飞机距离很近，对空台天线正对机载天线，此时应为接收机实际收到信号最强的时候.此时接收机收到信号强度大于-7dBm。当从天线接收到的信号进入电台后，还要经过收发开关等无源有耗器件，因此将接收机的动态上限定为-7dBm。

在电路的设计过程中，为确保接收机的动态-102dBm～ -7dBm，接收机的动态范围为95dB，自动增益控制范围考虑为100dB 以上，有足够余量来适应瞬时信号的突变。整个电调衰减器都由PIN 管搭建，一级PIN 管能衰减30dB。设计高放动态为56dB（取衰减20dB）；设计一中动态为31dB（取衰减10dB）；二中放是两级PIN 管衰减动态范围为60dB（取衰减20dB）。接收通道的增益控制量可达到100dB 以上，接收机的动态范围是可以满足的。

■3.7 中频抑制

中频抑制的指标里，射频信号经带通滤波和低噪声放大后送至混频器变为两个一中频21.4MHz 和27.4MHz 和相同二中450KHz。对于一二中频的抑制主要依靠带通滤波器的带外抑制，以及混频器输入段和输出端的隔离。由于混频器输入输出间的隔离度为约40db 左右，而要达到中频抑制大于80dB，带通滤波器在21.4MHz，27.4MHz 和450KHz左右的的衰减必须大于40dB 以上，由于选用了两级带通滤波器，每个滤波器的带外抑制都能达到40dB 以上，所以完全能够达到对中频80dB 的有效抑制。

■3.8 镜频抑制

在变频器之前加镜频滤波器是消除镜频干扰的唯一办法，由于镜频抑制指标要求大于80dB，如此高的衰减量，对单个滤波器的Q 值要求很高，LC 滤波器很难做到。由于接收机前端带通滤波器对镜频有一定的抑制，但是达不到80dB 的要求，所以在混频器前端再加一个镜频滤波器，通过两个滤波器后，镜频能够达到80dB 的衰减要求。

图7 接收机动态增益分配图

4 结束语

为提高民航机载通信接收效果，设计一种民航机载双通道接收机，分析接收机组成及工作原理，并对各技术指标计算分析，由此完成本文设计。