提高DME/P接收机灵敏度的研究

提高DME/P接收机灵敏度的研究

杨博

天津七六四通信导航技术有限公司天津市300210

摘要：精密测距系统（DME/P）是一种无线电导航系统，为进场飞机提供精密距离信息。精密测距系统的接收机是该系统的关键组成部分。接收机的灵敏度直接影响精密测距的作用距离和作用精度。本文旨在通过研究接收机的工作原理，提高接收机的灵敏度，从而保证精密测距系统的正常工作。

关键词：精密测距系统；接收机；灵敏度；工作原理；提高

民用导航设备之一的精密测距系统DME/P工作频段在1000MHz左右，该系统类似二次雷达测距方式，能允许多架飞机同时测量其与地面参照点（DME应答器）之间的距离。机载设备由一个询问-接收机组成。工作时，询问机发出的一系列询问脉冲，地面上的DME应答器一旦接收到这些脉冲，就发出同步应答信号，收发频率相差63MHz。发出询问和收到应答之间的时间差，即反映出飞机与地面站之间的光程，该距离直接以海里为单位显示供飞行员或导航员读出。

一、接收机工作原理

地面设备的接收机由通道放大器、对数放大器、半幅探测器组成。飞机询问信号进入某一接收机，在接收机内将收到的询问信号送到通道放大器进行两级预选，滤除镜频信号，该信号与来自频率合成器的信号混频，使询问信号转为63MHZ中频信号。中频信号送到对数中频放大器，分别通过3.5MHZ滤波器与0.5MHZ滤波器，并压缩成对数，类似于方波的信号。此时接收机中有两种信号，即精密信号和常规信号。

对数信号送到半幅探测器单元进行定时延时处理。

常规信号：应用半幅探测的方法探测信号，该信号进行2.7us延时（2.7µ秒延迟线使得输入信号同步到达“半幅”比较器），同时进行6dB和峰值检波。原理公式为：20lgVp/2=20lgVp-20lg2，20lg2为6dB，

精密信号：精密探测与半幅探测原理类似，精密信号以5%至30%处定时，而非50%，一般在10%处。

探测位置影响脉冲到达时间，从而影响延时的精确性。

探测延时处理完成后，精密信号送到精密处理器单元进行解码，常规信号送到常规处理器单元进行解码。

二、影响接收机灵敏度分析

根据民航附件十规定，正确的询问信号在天线入口处功率电平满足如下要求时应能触发应答器，环境试验中允许有2dBm的变化。

常规模式：优于-81dBm（应答效率大于70%）；

精密模式：优于-63dBm（应答效率大于80%）。

由于机器内部信号传输，信号衰减等原因，询问信号到达接收机时往往会损耗1-7dB，到达接收机入口处的信号可能会衰减为-87dBm。在设计初期忽略这一因素，只是将接收机的灵敏度设计为满足-81dBm。在不改变设计方案的情况下，通过改进组件性能，提高接收机的灵敏度。

首先从通道放大器开始分析。信号通过通道放大器的前级预选器后，衰减8dBm；前置放大器有16dBm的放大能力；信号通过后级预选器，衰减8dBm；信号送入混频放大器，经混频放大后，变为63MHz中频信号，会有20dBm的放大。总体来说，整个通道放大器会有20dBm的放大能力。

其次是对数中频放大器分析。63MHz中频信号经过一个3.5MHz带宽的切比舍夫五级滤波器滤波后，增益理论上将衰减10dBm。再输入到平衡变压器T1进行单-双变换后进入宽带对数放大器D1，同时输出射频信号和视频信号。视频信号经放大器N1和N2放大直接输出对数视频脉冲精密信号给半幅探测单元进行处理。输出的63MHz的射频中频信号放大80dBm。经平衡变压器T2双-单变换后再次经过一个子0.5MHz带宽的切比舍夫五级滤波器滤波，滤波后信号理论上将衰减35dBm，之后输入到平衡变压器T3进行单-双变换后进入宽带对数放大器D2，第二次对数放大后输出的对数视频信号经N3放大，输入到N5，放大器N1输出的对数视频信号经过一延时电路和放大器N3输出的对数视频信号同时到达放大器N5，经N5放大后的信号作为常规信号提供给半幅探测单元板进行处理。总体来说，对数中频放大器对信号有-65dBm的处理能力。

图一对数放大器原理

在实际量产中，3.5MHz滤波器会衰减11dBm左右，0.5MHz滤波器将会衰减36dBm左右。这样的话对数中频放大器就只有-63dBm的处理能力。

综上所述，接收机的通道放大器和对数中频放大器能处理信号的最低限度为-83dBm。若到达接收机入口处的信号强度降为-87dBm，那么接收机将无法正常处理。

经过以上分析，若将接收机的灵敏度提高，需从通道放大器和对数中频放大器入手进行改进。

三、提高接收机灵敏度方法

（一）、改进通道放大器

通道放大器的前后级预选器各衰减8dBm，两级共衰减了16dBm之多。预选器是由可变电容和电感线圈组成的三级高频滤波器，在某一频率点上进行谐振，将其余频率的信号滤除。在这一过程中，需要频率的信号强度也有一定的衰减。通过改进预选器，减少衰减是改进重点。

1、预选器的三级传输以腔体内的基板为传输介质，并与腔体进行可靠接地。原设计采用的基板材质为聚四氟乙烯，介电常数和介电损耗较低，通过测试，选择性能较好的基板使用。

2、预选器的可变电容和电感线圈在一定电压下产生的信号强度不同。通过调整控制电压的电阻，使控制电压为最佳值，保证产生谐振的信号强度为最大值。

通过以上改进，经试验测试，预选器的衰减降低为5dBm，最好可达到衰减3dBm。两级预选器衰减比原设计提高6-10dBm。

（二）、改进对数中频放大器

对数中频放大器要严格保证3.5MHz滤波器和0.5MHz滤波器衰减值。这两种滤波器是由5组电感线圈和电容组成，其中电感线圈可以调整。使用无感螺丝刀分别调整线圈的电感量，用网络分析仪测量滤波器的衰减量到合格范围内。

经上述改进，接收机灵敏度最少提高到-87dBm，部分提高到-91dBm。

（三）、改进半幅探测器

在接收机的半幅探测器单元有一电位比较电路，用来抑制视频信号的噪声。R的阻值原为1.4KΩ，通过调整减小R的阻值，可以使视频输出信号增大。通过实验证实，当R的阻值在900Ω时，刚好可以能抑制视频输入的噪声，又可以增大视频输出，能使接收机整体灵敏度增大3dBm。

经以上三种提高方法，最终接收机的灵敏度达到-90dBm到-94dBm。

四、结语

通过对接收机工作原理的分析，按各组成结构改进，分别提高了射频信号和视频信号，从而提高了接收机的灵敏度。接收机完全能满足整机指标，而且未对接收机的设计原理进行改动。

本文研究了一种改进提高接收机灵敏度的方法，其思路是降低衰减和增大视频信号。完成改进后，进行了实验验证，并装在整机上进行了实际校飞工作，校验飞机反馈结果良好，作用距离和测距精度都能很好保证。由此可见，本文介绍的改进方法极大地改善了原设计的指标效果，结论为本文的改进方法是可行的。

参考文献：

（1）国际民用航空公约附件十航空电信（第一卷）（第4版1985年4月）

（2）《DME/P精度评估》，《系统工程与电子技术》2003年09期

（3）刘江庭，《数字化精密测距技术的研究》，《现代电子技术》2012年7月。

作者简介：

杨博，1984年8月，男，汉族，河北保定，工程师，制造业精益生产管理