专利名称：一种新型tcas本振源设计方法
技术领域：
本发明涉及一种小型的机载防撞系统，属于空中交通管理和空中交通安全领域。
背景技术：
飞机上的防撞系统，美国航空体系称为空中交通预警和防撞系统(以下简称 TCAS)，欧洲航空体系称为机载防撞系统，两者的含义、功能是一致的，而且组成也基本相 似，因此本发明申请说明书以TCAS为技术背景进行描述。经过多年的发展，TCAS系统已发展出多种型号，如TCAS I、TCAS II、TCAS III、 TCAS IV。其中TCAS II目前应用最为广泛，它可以给飞机驾驶员提供以不同颜色和形状显 示临近飞机的相对高度、距离、方位、上升/下降状态等信息的交通提示(TA)和显示俯仰通 道改变、姿态保持、高度保持等信息的解决方式(RA)。其他更高版本型号体系结构以TCAS II为基础，只是在功能上略有差别。在现有的TCAS系统中，TCAS收发机和S模式应答机是分离的，因此，它们具有各自 的本振源。TCAS收发机的本振源为1030MHZ，S模式应答机的本振源为1090MHZ。对于这中 甚高频的微波振荡源，现有TCAS采用表面声波振荡器来直接产生。以S模式应答机为例， 表面声波振荡器(SAW)产生1090士0. 2MHZ的信号，该信号的功率电平为10毫瓦分贝左右。 振荡器的输出加到两个缓冲放大器以产生100毫瓦(20毫瓦分贝)的等幅波输出。该20毫 瓦分贝信号分作两路一路经过本振滤波和4分贝衰减后作为本振信号与接收信号混频； 另一路信号经多级放大后与脉冲输入进行脉冲调制，再经放大后进行发送。TCAS收发机的 本振与S模式应答机的本振工作原理一致。不同的是发射机将基准提供的峰值为61dBm的 信号放大，三次放大之后被用于脉冲幅值调制(PAM)。对TCAS系统的收发原理及过程分析后，可知TCAS收发机与S模式应答机不在同 一时刻工作，即不会同时使用本振源；因此，这种导致设备成本提高、体积增大等问题的双 本振源设计是可简化的。
发明内容
为了克服现有双本振源设计成本高、体积大的缺点，本发明利用多环和混频锁相 技术设计并提供了一种可替代原双本振源的可快速变频的新型TCAS本振源；本发明解决其技术问题所采取的技术方案是采用多环和混频锁相的方法来实现 TCAS本振源。该方案主要由大步进频率产生单元，小步进频率产生单元，混频锁相环和控制 电路四个部分组成；大步进频率产生单元由单环锁相环产生频率范围为904 1204MHz，步 进为2MHz的信号，该信号作为混频锁相环的本振信号；小步进频率产生单元由小步进锁相 环的输出信号通过分频后产生频率范围为46 48MHz，步进为2. 5KHz的信号，该信号作为 混频锁相环的参考信号；在混频锁相环中，为了防错锁采用了简单可靠的防错锁电路，该电 路主要由有源环路滤波器和加法器组成；同时，通过控制器控制锁相环分频器的分频比例 来使频率合成器稳定的输出1030M赫兹和1090M赫兹信号，并可快速的在两者之间切换。
本发明的有益效果是，通过使用上述多环和混频锁相技术，可以产生950 1250MHz范围内任何步进大于IOkHz的频率。因此，只需要设置不同的分频比，就要以实现 想要的频率。本方案只使用一个锁相环就可以提供按要求交替工作在1030M赫兹和1090M 赫兹频率的高稳定度的本振源，与原双本振源相比，它具有成本低，结构简化，稳定度高等 优点。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的实现方案。图2是小步进频率产生单元构成。图3是混频锁相环原理图。
具体实施例方式本发明采用多环和混频锁相的方法来实现TCAS本振源。该方案主要由大步进频 率产生单元，小步进频率产生单元，混频锁相环和控制电路四个部分组成，整个系统方案如 图1所示。大步进频率产生单元由单环锁相环产生频率范围为904 1204MHz，步进为2MHz 的信号，该信号作为混频锁相环的本振信号；小步进频率产生单元由小步进锁相环的输出 信号通过分频后产生频率范围为46 48MHz，步进为2. 5KHz的信号，该信号作为混频锁相 环的参考信号；在混频锁相环中，为了防错锁采用了简单可靠的防错锁电路，该电路主要由 有源环路滤波器和加法器组成。为了实现所有频率点的输出，首先由小步进频率产生单元的锁相环电路输出频率 范围为736 768MHz，步进为40kHz的信号，经过16分频后可得到频率f\ (频率范围为46 48MHz，步进为2. 5kHz)，然后由大步进频率产生单元的锁相环电路产生频率&(频率范围为 904 1204MHz，步进为2MHz)，最后通过混频锁相环输出频率f3 (f3 = f Jf2)，实现了输出频 率范围为950 1450MHz，步进为2. 5KHz。1、小步进频率产生单元设计小步进频率产生单元的结构如图2所示。小步进频率产生单元电路需要产生的频 率为46 48MHz，步进为2. 5kHz。小步进的频率直接数字频率合成器(DDQ产生，采用DDS 可以实现小的频率步进和低的相位噪声DDS，比如AD公司的芯片AD9956。但是采用DDS芯 片需要提供一个几百兆赫的参考信号，而本设计中所提供的参考信号为10MHz，这就是需要 通过锁相环电路来实现倍频，并且DDS输出还需要外接滤波器，这样就增加了设计成本。在能满足系统指标要求的前提下，从设计成本和实际腔体尺寸出发选用小频综 MPLL766B输出736 768MHz，步进为40kHz的信号，再通过2个Hittite公司的四分频器 HMC426MS8实现16分频，产来生了 46 48MHz，步进为2. 5kHz的信号。鉴相器采用AD公 司的ADF4113，其鉴相频率最高可达55MHz，能够满足设计的需要。2、大步进频率产生单元设计大步进频率产生单元要实现904MHz-1204MHz范围的频率输出，步进为2MHz。其实 现过程与小步进单元基本一致，只是各个模块选用的器件特性不同，这里不再详细说明。
3、混频锁相环混频锁相环的原理框图如图3所示VTl是混频环路滤波器输出的调谐电压，VT2为大步进锁相环中VC02的调谐电压， VT3为VC03的调谐电压。混频鉴相器同样采用了 AD公司的ADF4113芯片。小步进环产生的参考频率为 46 48MHz，小于ADF4113的最高鉴相频率55MHz，参考分频比R可取为1，鉴相器的分频 比应该设置为1，则最后的输出频率为参考频率和大步进环产生频率之和。混频环和大步 进环中使用了相同的VC0，即电子十三所的HE484。混频器采用了 Mini公司的无源混频器 RMS-25MHW,本振输入频率为5 2500MHz，输入功率+13dBm，变频损耗为7dB，本振和射频隔 离典型值为32dBc。为了增强本振，射频和中频信号之间的隔离，在混频器的信号输入和输 出端口都采用了一些隔离措施，即在信号输入前先通过衰减，放大，再衰减之后再进入混频 器，而中频信号输出则经过滤波、衰减、放大和再衰减之后送入鉴相器。混频锁相环要能够正常工作，必需要满足f2_N3f\ < f3 < +⑴。而在实际电路中若 f3-f2彡N3f\在LPF的阻带，使得f3-f2信号太弱以至于不能触发分频器，或(f3_f2) /N3超过 鉴相器的最高工作频率fPDmax时，鉴相器会使f3进一步增大，从而使混频环无法锁定。因此，为了保证混频环正常工作，必须满足下列条件^-Ngf1 < f3 < + c (f3-f2)/N3<fpDfflax的通带内本设计中防错锁电路主要由加法器和有源滤波器LF3组成，其技术的关键在于大 步进环的VC02和混频环中的VC03要使用相同的VC0，即具有相同的压控特性，且有源滤波 器LF3的输出电压VTl要限制在一定范围内。对于VTl的范围，由两个条件来决定环路锁 定前VC03输出频率必须在混频环入锁的频带之内；VTl的输出电压范围要使混频环能锁定 到要求的输出频率上。
权利要求
1.一种新型TCAS本振源设计，其特征是采用多环和混频锁相技术，实现可快速变频 的新型本振源。新的本振源可以产生950 1250MHz范围内任何步进大于IOkHz的频率， 这样，就可以分时产生1030MHz与1090MHz的频率，分别用于TCAS收发机与S模式应答机；
2.一种新型TCAS本振源设计，其特征是新型本振源由大步进频率产生单元，小步进 频率产生单元，混频锁相环和控制电路四个部分组成；
3.一种新型TCAS本振源设计，其特征是大步进频率产生单元产生混频锁相环的本振 信号。小步进频率产生单元产生混频锁相环的参考信号；
4.一种新型TCAS本振源设计，其特征是在混频锁相环中，使用有源环路滤波器和加 法器实现简单可靠的防错锁电路；
5.一种新型TCAS本振源设计，其特征是通过控制器控制锁相环分频器的分频比例来 实现1030和1090MHz的信号并实现快速切换。
全文摘要
一种新型的TCAS本振源设计方法，针对以往系统使用两个本振源的现状作出了改进，使用多环和混频锁相技术设计了一种新型TCAS本振源，该本振源包括4个部分大步进频率产生单元，小步进频率产生单元，混频锁相环和控制电路；其中大步进频率单元产生混频锁相环的本振信号；小步进频率单元产生混频锁相环的参考信号；并在混频锁相环中设置防错锁电路；控制器通过控制锁相环分频器的分频比例产生1030和1090MHz的信号并可快速在两者之间切换；该本振源具有成本低，结构简化，稳定度高等优点。
文档编号G01S13/93GK102062859SQ20091021897
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者史忠科, 李超 申请人:西安费斯达自动化工程有限公司