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    • 出版社: 清华大学出版社
    • 出版时间:2019-04-01
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    • 出版社:清华大学出版社
    • 出版时间:2019-04-01
    • 版次:1
    • 印次:1
    • 印刷时间:2018-08-01
    • 字数:413千字
    • 开本:16开
    • ISBN:9787302517177
    • 版权提供:清华大学出版社
    • 作者:陈小桥、张从新、胡明宇、陶琴
    • 著:陈小桥、张从新、胡明宇、陶琴
    • 装帧:平装
    • 印次:1
    • 定价:49
    • ISBN:9787302517177
    • 出版社:清华大学出版社
    • 开本:16开
    • 印刷时间:2018-08-01
    • 语种:中文
    • 出版时间:2019-04-01
    • 页数:0
    • 外部编号:码头附近85192
    • 版次:1
    • 成品尺寸:暂无

    3.1VHF航空波段接收机的研究甚高频(VeryHighFrequency,VHF)是指电波频率在30~300MHz范围内的无线电波,在电台和电视台广播等领域有广泛的应用。VHF波段也用于航空和航海的沟通频道,并在国内外机场都有着广泛应用。民航客机进出场过程中和塔台的联系、塔台对场内飞机的调度、机场地勤人员与飞行员以及塔台的联系都通过这个频段的无线电波完成。因此,VHF航空波段接收机在协调机场各部门正常运行中发挥着不可或缺的作用,开发出灵敏度更高、选择更好、噪声更小、能更优异的航空波段接收机有着重要的意义和实用价值。
    3.1.1系统总体方案及硬件设计由于超外差接收机有着优异的选择、较好的灵敏度、较大的动态范围以及对镜像频率干扰的抑制,次航空波段接收机设计采用超外差结构,系统总体结构如图3.1所示。系统由天线、前端频滤波器、混频器、检波模块、音频放大器和输出模块等基本模块构成。在实际的接收机设计过程中,通常还要加入低噪声放大器、中频滤波器、中频放大器以及自动增益控制(AutomaticGainControl,AGC)等模块,以提升无线接收机的以可靠。
    图3.1系统总体结构1.频前端滤波器滤波器主要分为有源滤波器和无源滤波器两大类。由于有源滤波器中运算放大器带宽的限制,在频率较高的甚高频波段,滤波器系统的值较低,达不到无线接收机系统所需要的滤波效果。而且,频滤波器处于系统的级,对系统噪声影响很大,如果滤波器本身的噪声比较大,经过后续电路的一系列放大之后,噪声将变得更大,甚至掩盖实际需要接收的语音信号。因此,本航空波段接收机采用由L、C等无源器件构成的无源滤波器。
    包括武汉天河机场在内的国内机场无线通信频率基本集中在118~138MHz,因此,接收机的前端滤波器必须完整覆盖这个波段。带通滤波器能够让指定范围内的频率信号通过并阻止频率的信号通过,多应用于音响装置以及无线收发装置中,以获得指定频段音频信号并滤除频段的杂波干扰。因此,接收机前端滤波器采用带通滤波器。
    1)滤波器参数带通滤波器存在上限频率fH,下限频率fL以及通带带宽BW。位于下限频率fL和上限频率fH之间的频率的信号可以通过,频率信号会因受到极大衰减而不能通过电路。无源带通滤波器只由无源器件L、C等器件构成。带阻滤波器的中心频率f0、上限频率fH、下限频率fL以及阻带带宽BW的关系如式(31)和式(32)所示,其中为滤波器的品质因数,阻带带宽越窄的滤波器,品质因数越高。
    =f0BW=f0fH-fL(31)f0=fH×fL(32)一个理想的带通滤波器通带边缘是垂直的,通带是一条平坦的直线,而且在通带内信号没有衰减,在通带外信号增益为0,上限频率为fH,下限频率为fL。但是实际应用中不存在理想的带通滤波器,通带边缘并不是垂直下降的,而是有一个缓慢下降的过程,这个现象通常被称为滤波器的滚降现象,一般用10倍频的衰减幅度dB数来表示。一般情况下取3dB衰减点对应的两个频率FL与FH为带通滤波器实际的上限频率和下限频率。通常在设计带通滤波器时,应尽量保通带边缘下降得越快越好。此外,实际滤波器的通带顶部并不平坦,通带顶部会有波纹出线,这种现象被称为吉布斯现象。为降低该现象的影响,应保带通滤波器通带顶部的平稳度,通带顶部越平整,整个滤波器的效果就越好。理想带通滤波器(实线)与实际带通滤波器(虚线)的参数对比如图3.2所示。
    图3.2理想带通滤波器与实际带通滤波器参数考虑到带通滤波器的滚降效应,接收机前端滤波器的带宽要略大于118MHz和138MHz这两个频率的差值。对比国内机场无线通信采用的频率,同时为了方便的系统测试和调试,频率应包含部分调频广播频段,或者下限频率尽量接近调频广播频段,无线接收机系统的前端滤波器下限频率fL=110MHz,上限频率fH=150MHz,通带带宽BW=40MHz,由式(32)可得,系统前端滤波器中心频率f0=128.5MHz。经过实验验,这一组上下限频率以及带宽选取适当,可以很好地覆盖VHF航空接收机所需要接收的信号频段,基本上保了系统的可行与可靠,为完成一个能优良的航空波段接收机提供了基础的保障。
    2)滤波器电路滤波器电路如图3.3所示,是一个五阶巴特沃斯带通滤波器,中心频率f0为128MHz,通频带带宽为40MHz。
    图3.3滤波器电路在PCB制作时,预留了两个滤波器通道。其中一个是由贴片电感电容构成的滤波器,另一个是由空心绕线电感构成的滤波器,以便在实际应用中比较两者的差别。
    绕线电感制作过程中,通过精密LCR测量仪(安捷伦E4980A)测试多个绕制的空心电感,并与理论值进行比较,计算误差。空心绕线电感测试结果如表3.1所示。本电感绕制方式产生的误差在合理范围内,尤其是在电感值较小的情况下,也得到了比较的所需电感值的绕线电感。因此,通过此方式绕制的电感可以应用于本接收机设计的前端滤波器中。
    表3.1空心绕线电感测试结果nH编号理论值实测值误差11001066002919311.010.0141010.10.1

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