基于ADS-B的收发前端的研究与实现

论文摘要

随着空中交通行业的发展和航空器数量的不断增加，一种新的空域监视系统—ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）系统应运而生，由于与传统的监视雷达相比，它不需要昂贵的基础设施，而且装载和维护费用低，所以正被世界越来越多的国家和地区所研究和投入使用，从而提高空域监视能力。对ADS-B系统而言，射频收发前端是很关键的部件，它的性能直接影响着该系统的监视能力。本论文中采用混合集成电路的技术设计了基于ADS-B系统的收发前端。该收发前端包括发射机和接收机两部分，此两部分分别安装在不同的腔体中。发射机由锁相环（PLL）、ASK/BPSK调制器、放大器和耦合器组成，接收机由限幅器、低噪声放大器、带通滤波器、放大器和检波器所组成。考虑到尺寸和性能，这里的PLL模块选用了集鉴相器（PD）、压控振荡器（VCO）和一个可编程N分频器为一体的芯片。ASK调制器和BPSK调制器的切换则是通过一个由FPGA输出的数字信号控制的单刀双掷开关来完成的。为了获得125W的输出峰值功率，发射支路的放大模块采用了两级放大，一级是驱动放大，另一级则是末级功率放大。为了防止从发射机泄露过来的信号将接收机里的低噪声放大器（LNA）烧坏，在LNA前加了限幅器；同时在接收机的LNA和放大器之后加滤波器是为了抑制干扰和杂散信号。本论文最终完成了收发模块的设计，并对实物进行了测试。经过测试，锁相环模块输出信号频率1090MHz，相位噪声≤-90dB/Hz@10kHz。整个发射机的输出峰值功率≥51dBm。接收机的噪声系数经测试大约为1.9dB，其动态范围≥65dB，接收灵敏度低于-90dBm。发射机的尺寸为130×70×30mm3，接收机的尺寸为52×64×21mm3。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的项目背景及研究价值
• 1.2 本课题的国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 论文内容
• 第二章 收发前端的关键技术研究
• 2.1 锁相频率源的研究
• 2.1.1 锁相环的原理与组成
• 2.1.2 锁相环的数学模型
• 2.1.3 相关性能分析
• 2.1.4 本课题的锁相环结构
• 2.2 数字调制
• 2.2.1 ASK调制与解调
• 2.2.2 PSK调制与解调
• 2.2.3 抗噪声性能
• 2.2.4 本课题的调制方案
• 2.3 放大器的研究
• 2.3.1 增益特性
• 2.3.2 稳定性判定
• 2.3.3 噪声特性
• 2.3.4 非线性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 收发前端的设计与实现
• 3.1 性能指标要求
• 3.2 射频前端的实现
• 3.2.1 系统方案框图
• 3.2.2 PLL模块的设计
• 3.2.3 ASK/BPSK调制器的设计
• 3.2.4 功放模块的设计
• 3.2.5 接收支路的分析与设计
• 3.3 电源与逻辑控制
• 3.3.1 电源转化
• 3.3.2 保护电路
• 3.4 电路布局和腔体结构设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 测试与分析
• 4.1 测试框图和所需仪器
• 4.1.1 所用仪器
• 4.1.2 测试原理图及步骤
• 4.2 测试结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 相关研究成果