一种高灵敏度的基于ads-b的射频信号接收装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及基于ADS-B的射频信号接收装置，包括依次相接的高增益天线、第一级射频滤波器、第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器、第二级射频滤波器、混频器、中频滤波器和对数检波器；所述高增益天线与所述第一级射频滤波器之间采用射频电缆连接。本实用新型的有益效果是，灵敏度高、功耗低、动态范围大，尤其适合对远距离的广播式ADS-B信号的接收，不需要对电源做特殊保护处理，可匹配任何天线接收装置。
【专利说明】—种高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种空中交通管制系统的飞机射频信号接收装置，具体的说是一种高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置。
【背景技术】
[0002]监视(Surveillance)为空中交通管理系统提供目标的实时动态信息，是进行空中交通管理的基础。广播式自动相关监视(ADS-B)使用机载导航系统得到飞机精确的位置和速度信息，并且周期性地广播自己的位置和状态信息，同时也接收其他飞机的广播信息。飞机利用周围空域的广播式自动相关监视信息可以得到周围各个方向飞机的状态，自主的规划自己的航路；地面监视站利用广播式自动相关监视信息可以方便的监视飞机的飞行状态，同时可以发送各种控制信息来协助飞机自由飞行。
[0003]在未来若干年内，对民航飞机的监视技术将从一次雷达与二次雷达结合的方式过渡到由空管一次监视雷达、空管二次监视雷达、自动相关监视和多点定位技术协同工作的方式。充分保障飞行的安全性与自由性。
[0004]快速、准确、无误的对广播式自动相关监视的射频信号进行接收是其后的ADS-B信号处理和报文解析的基础，为飞机航迹规划和监管提供有效支持。我国发展广播式自动相关监视始于2007年，目前多采用购买国外设备的方式运行试验建设。国内专利CN200910079141.6提出了一种基于广播式自动相关监视的信号检测方法及装置。国内专利CN200910205688.6提出了一种基于广播式自动相关监视的信号处理方法及装置。国内专利CN201310137360提出了一种基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，但是现有的的这些ADS-B射频信号接收方案采用直接检波的方式，电路结构单一，灵敏度和动态范围的指标都比较低，实用性较差，无法满足当前及以后空中管制系统的要求，具体处理过程如下=ADS-B射频接收的装置包括，射频接收模块，第一级射频滤波模块、低噪放模块、第二级射频滤波模块、射频检波模块、信号调理模块；所述射频接收模块的输出端与第一级射频滤波模块的输入端相连，第一级射频滤波模块的输出端与低噪放模块的输入端相连，低噪放模块的输出端与第二级射频滤波模块的输入端相连，第二级射频滤波模块的输出端与射频检波模块的输入端相连，射频检波模块的输出端与信号调理模块的输入端相连。第一级射频滤波模块选择腔体滤波器进行射频滤波处理。低噪放模块中由两级不同的低噪声放大器LNA进行级联组成。第二级射频滤波模块可选择腔体滤波器、介质滤波器或者声表面滤波器进行在次滤波。对数检波器对信号进行射频直接检波，获得基带脉冲信号，对数检波器输出基带脉冲信号的幅度相对恒定，灵敏度要求低于-65dBm,动态范围大于75dB。信号调理电路采用运算放大器对基带信号进行信号调理，获得ADS-B射频信号。若电平之间不匹配，运算放大器的外围电路需要另外设计。
[0005]由以上描述可知，现有的射频接收ADS-B信号的方案只有两级射频放大器和两级射频滤波器，电路结构单一，对1090MHz信号进行滤波的带宽无法满足要求，最终导致基带处理之后所反映出的关键灵敏度指标也不尽理想。关键指标灵敏度较低的话，就直接导致无法接收远距离飞机所发出的信号，无法满足现在及以后空中交通管制的要求。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，以解决现有装置关键灵敏度指标较低的问题。
[0007]本实用新型的目的是这样实现的:
[0008]一种高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置包括依次相接的高增益天线、第一级射频滤波器、第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器、第二级射频滤波器、混频器、中频滤波器和对数检波器；所述高增益天线与所述第一级射频滤波器之间采用射频电缆连接。
[0009]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，在所述对数检波器的输出端连接信号调理电路。
[0010]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，第一级低噪声放大器的噪声系数为0.6 dB，增益为17 dB ;第二级低噪声放大器的噪声系数为4 dB，增益为22 dB。
[0011]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，所述第一级射频滤波器为中心频率1090MHz、3dB带宽10?15ΜΗζ、1090±50MHz带外衰减65dB以上、带内波动小于0.25 dB的腔体滤波器或介质滤波器。
[0012]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，第一级射频滤波器为1090 ± 20MHz带外衰减55dB。
[0013]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，所述第二级射频滤波器为中心频率1090MHz、1090 ±6MHz带外衰减50dB的腔体滤波器、介质滤波器或者声表面滤波器。
[0014]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，所述对数检波器的灵敏度低于_75dBm，动态范围大于95dB。
[0015]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，所述中频滤波器选择在IF±5MHz的位置上衰减20dB以上的中频滤波器。
[0016]本实用新型所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，所述高增益天线的中心频率为1090MHz。
[0017]本实用新型的ADS-B射频接收装置采用变频的方式，混频后所得中频信号的频率越低滤波器带宽就可以越窄，滤波效果就更精细；所对应的信号调理电路所使用的对数放大器灵敏度也可以做的更闻，从而使射频接收天线具有更闻的灵敏度和动态范围的指标，具有更高的实用性；使用对数检波器可以让后续数据处理更加方便，将除法转换成对数减法以减少资源消耗。
[0018]本发明的有益效果是，灵敏度高、功耗低、动态范围大，尤其适合对远距离的广播式ADS-B信号的接收，不需要对电源做特殊保护处理，可匹配任何天线接收装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的结构示意图。
[0020]图1中:1、高增益天线，2、第一级射频滤波器，3、级联低噪声放大器，4、第二级射频滤波器，5、本地频率源，6、混频器，7、中频滤波器，8、对数检波器，9、信号调理电路。
[0021]图2是实施例1输出的信号在示波器上显示图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型做进一步描述。
[0023]实施例1
[0024]如图1所示，本实用新型由高增益天线1、第一级射频滤波器2、级联低噪声放大器
3、第二级射频滤波器4、本地频率源5、混频器6、中频滤波器7、对数检波器8和信号调理电路9组成；高增益天线I的输出端与第一级射频滤波器2的输入端通过射频电缆相连，第一级射频滤波器2的输出端与级联低噪声放大器3的输入端相连,级联低噪声放大器3的输出端与第二级射频滤波器4的输入端相连，第二级射频滤波器4的输出端与混频器6的输入端相连，本地频率源5的输出接混频器6的输入端，混频器6的输出端与中频滤波器7的输入端相连，中频滤波器7的输出端与对数检波器8的输入端相连,对数检波器8的输出端接信号调理电路9的输入端。
[0025]射频信号的接收选择使用中心频率1090MHz的高增益天线，天线的增益用于抵消射频电缆的损耗。
[0026]第一级射频滤波器2可以为介质滤波器或腔体滤波器，其总体的要求是中心频率1090MHz、插入损耗小于2.3dB、3dB带宽10?15MHz、1090±50MHz带外衰减65dB以上、带内波动小于0.25 dB ；
[0027]本实施例中，第一级射频滤波器2选择中心频率1090MHz、插入损耗参数约2dB、3dB带宽1MHz、1090±20MHz带外衰减55dB、带内波动0.25的腔体滤波器进行射频滤波处理，抑制带外噪声的干扰。
[0028]级联低噪声放大器3对射频信号中的ADS-B有用信号放大，同时最大可能地减小对噪声的放大，放大增益取决于系统所需要达到的灵敏度，一般放大30dB?38dB为宜；
[0029]本实施例中，级联低噪声放大器3由两级不同的低噪声放大器(LNA)进行级联组成，分别为第一级低噪声放大器(简称第一级LNA)和第二级低噪声放大器(简称第二级LNA):第一级LNA噪声系数小(增益为17 dB、噪声系数为0.6 dB );第二级LNA要求增益高(增益为22 dB、噪声系数为4 dB )。
[0030]第二级射频滤波器4可以为腔体滤波器、介质滤波器或声表面滤波器，其要求是要具有良好的矩形系数，即滤波器参数要求为带外衰减大；
[0031]本实施例中，第二级射频滤波器4选择中心频率1090MHz、在1090 ± 6MHz带外衰减50dB的腔体滤波器进行射频滤波处理。
[0032]本实用新型使用的中频滤波器7要求具有良好的矩形系数和较小的带宽；
[0033]本实施例中，中频滤波器7选择在IF±5MHz的位置上衰减20dB以上的中频滤波器。
[0034]本实用新型使用的对数检波器对信号进行射频直接检波，获得基带脉冲信号，对数检波器输出基带脉冲信号的幅度相对恒定；
[0035]本实施例中，对数检波器8选择灵敏度低于_75dBm、动态范围大于95dB的对数检波器。
[0036]信号调理电路9采用运算放大器对对数检波器输出的基带脉冲信号进行信号调理；
[0037]其作用是调整基带脉冲的幅度以满足采样电路的量化范围，即将输入信号的幅度交换到模数转换器ADC的最优量化范围内，获得ADS-B视频信号。在射频检波之后的ADS-B信号电平范围已经匹配AD转换器，此处的信号调理电路只需要实现电压跟随，作为缓冲保护。
[0038]本实用新型的工作过程如下:
[0039]1090MHz的射频信号经高增益天线I接收后通过射频电缆进入第一级射频滤波器2，经第一级射频滤波器2滤波之后射频信号输入级联低噪声放大器3，射频信号经级联低噪声放大器3放大之后输入第二级射频滤波器4，经第二级射频滤波器4滤波后的射频信号输入混频器6，同时本地频率源5输出的LO信号也输入混频器6，经混频器6混频后得到中频信号，中频信号输入中频滤波器7再次进行滤波处理，然后输入到对数检波器8，经对数检波器8检波后，得到ADS-B的基带脉冲信号输入信号调理电路9，高灵敏度的信号调理电路9对基带脉冲信号进行调理，获得适合于数字采样的ADS-B视频信号。
[0040]本实施例基于ADS-B的射频信号接收装置输出的信号在示波器上显示，如图2所示，可见，脉冲的边沿特性保持得陡峭，脉冲形状好，噪声抑制效果很好，可以同时接收到远近不同距离的ADS-B信号，最远可达到400公里。
[0041]本实施例的总体性能指标如下表所示:
[0042]
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[0043]由上表可以看出，本实用新型的灵敏度高、功耗低、动态范围大，尤其适合对远距离的广播式ADS-B信号的接收。
【权利要求】
1.一种高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，包括依次相接的高增益天线、第一级射频滤波器、第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器、第二级射频滤波器、混频器、中频滤波器和对数检波器；所述高增益天线与所述第一级射频滤波器之间采用射频电缆连接。
2.根据权利要求1所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，在所述对数检波器的输出端连接信号调理电路。
3.根据权利要求1所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，第一级低噪声放大器的噪声系数为0.6dB，增益为17dB ;第二级低噪声放大器的噪声系数为4dB，增益为22 dB。
4.根据权利要求1所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，所述第一级射频滤波器为中心频率1090MHz、3dB带宽1(Γ?5ΜΗζ、1090±50MHz带外衰减65dB以上、带内波动小于0.25 dB的腔体滤波器或介质滤波器。
5.根据权利要求4所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，所述第一级射频滤波器为1090 ± 20MHz带外衰减55dB。
6.根据权利要求1所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，所述第二级射频滤波器为中心频率1090MHz、1090 ±6MHz带外衰减50dB的腔体滤波器、介质滤波器或者声表面滤波器。
7.根据权利要求1所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，所述对数检波器的灵敏度低于_75dBm，动态范围大于95dB。
8.根据权利要求1所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，所述中频滤波器选择在IF±5MHz的位置上衰减20dB以上的中频滤波器。
9.根据权利要求1所述高灵敏度的基于ADS-B的射频信号接收装置，其特征在于，所述高增益天线的中心频率为1090MHz。
【文档编号】H04B1/16GK204013508SQ201420473771
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】王志国 申请人:石家庄宇讯电子有限公司