| 摘 要： 介紹遙測(cè)中的調(diào)頻技術(shù)和IRIG標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明了IRIG－E標(biāo)準(zhǔn)FM－FM調(diào)頻解調(diào)器的原理。主要對(duì)其中起關(guān)鍵作用的濾波器設(shè)計(jì)作了比較詳細(xì)的說(shuō)明,同時(shí)也介紹了有關(guān)的一些產(chǎn)品和設(shè)計(jì)思路。 關(guān)鍵詞：IRIG標(biāo)準(zhǔn) FM解調(diào) 有源濾波器 長(zhǎng)期以來(lái),在無(wú)線(xiàn)電遙測(cè)系統(tǒng)中,人們習(xí)慣采用頻分制和時(shí)分制兩種行之有效的復(fù)用方法。目前,國(guó)內(nèi)的遙測(cè)設(shè)備也都采用這兩種復(fù)用方法。由于數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展,時(shí)分多路復(fù)用得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,提出了各種各樣的實(shí)用方法。但是,FM－FM頻分遙測(cè)體制也以它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛的應(yīng)用。特別是在中容量,速變信號(hào)測(cè)試中顯示了它的生命力。 FM－FM系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng),各通道的獨(dú)立性強(qiáng),系統(tǒng)構(gòu)成靈活、方便,能傳輸連續(xù)信號(hào)和速變信號(hào)等。FM一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是,在一個(gè)限定的無(wú)線(xiàn)信道帶寬上,在相同的數(shù)據(jù)通道下,FM的容量是PCM的兩倍。如果一個(gè)遙測(cè)系統(tǒng)只有幾個(gè)通道（比如15或20個(gè)通道）,使用FM方式的造價(jià)要比PCＭ低1。 IRIG委員會(huì)在FM的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了可供選擇的等比帶寬（CBW）和比例帶寬（PBW）的副載波和頻偏值2。我們所研制的解調(diào)器即為IRIG－CBW－E標(biāo)準(zhǔn),通道中心頻率分別為128kHz,256kHz,384kHz,512kHz,640kHz和768kHz,頻偏32kHz。調(diào)制頻率的范圍為100Hz~25kHz。 由于PLL鎖相環(huán)電路具有很好的調(diào)制跟蹤特性,所以目前一般的ＦＭ解調(diào)器都采用PLL電路來(lái)進(jìn)行解調(diào)。各種PLL集成電路的特性較好,同時(shí)調(diào)試也非常方便。在接收機(jī)解調(diào)系統(tǒng)中,我們采用了LM565和CD4046兩種PLL集成塊。這是由于LM565的工作頻率低于500kHz,但它具有很好的寬帶調(diào)頻解調(diào)能力。在中心頻率低的三個(gè)通道的解調(diào)性能比較好。CD4046的中心頻率可以達(dá)到1MHz以上,可用于解調(diào)中心頻率高的三個(gè)通道。 解調(diào)電路的結(jié)構(gòu)如下圖1所示 。 R1、R2和Ｃ構(gòu)成PLL的環(huán)路濾波器。在電路設(shè)計(jì)中,環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)比較重要,有關(guān)此方面的設(shè)計(jì)方法可參考[3]。 1 分路濾波器 分路濾波器用來(lái)從輸入的復(fù)用信號(hào)即多路和信號(hào)中分選出每一路調(diào)頻信號(hào)。應(yīng)盡量濾除其他通道的影響。分路濾波器的中心頻率對(duì)應(yīng)為通道的副載頻。由于它的性能直接影響到解調(diào)輸出的信號(hào)質(zhì)量,所以在解調(diào)系統(tǒng)中,這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)非常重要。 分路濾波器采用對(duì)偶放大器帶通（DABP）電路結(jié)構(gòu),每一節(jié)濾波器電路階次為2,每一通道的分路濾波器由4個(gè)帶通濾波器節(jié)即８階濾波器構(gòu)成,每一節(jié)電路圖如圖2所示 。 該電路與其他包含兩個(gè)放大器的電路相比,可以得到關(guān)于Q值的良好性能,且靈敏度低、適應(yīng)性強(qiáng)。其傳遞函數(shù)由下式給出：  如果兩個(gè)放大器的帶寬幾乎相等,則Q值偏離設(shè)計(jì)值極小。由于兩個(gè)放大器相互之間能很好的匹配,所以每個(gè)濾波器節(jié)可使用對(duì)偶放大器。 這一電路一個(gè)非常好的特性在于諧振頻率和Q值可以獨(dú)立地調(diào)整。調(diào)整時(shí),首先調(diào)節(jié)R2使諧振頻率為fr,然后調(diào)節(jié)電阻R1使Q值為要求值而不影響諧振頻率。 對(duì)偶放大器帶通電路對(duì)設(shè)計(jì)Q值和頻率范圍很寬的濾波器是很有用的,元件的靈敏度低,諧振頻率與Q值容易調(diào)整,元件值范圍小。 在實(shí)際應(yīng)用中,還要在上述電路后加放大電路。以便調(diào)整輸出增益。 根據(jù)我們?cè)囼?yàn)的結(jié)果,表明DABP這種濾波器比VCVS、雙二次等其他形式的帶通濾波器更穩(wěn)定。 用此電路構(gòu)成的8階帶通濾波器具體采用巴特沃思、切比雪夫或橢圓函數(shù)濾波器的形式,應(yīng)視具體情況而定。我們所用的是巴特沃思型,這是因?yàn)榭紤]到線(xiàn)性相位的問(wèn)題。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以利用文獻(xiàn)[4]中的公式和表格進(jìn)行設(shè)計(jì),但目前有一些現(xiàn)成的濾波器設(shè)計(jì)軟件都能完成此功能。我們使用的是Linear公司產(chǎn)品光盤(pán)中所附帶的FCAD軟件。關(guān)于此軟件的使用可參考相關(guān)說(shuō)明。每個(gè)通道分路濾波器各級(jí)的中心頻率和Q值也不再列出。 如果對(duì)應(yīng)的帶通濾波器中心頻率低于300kHz,推薦使用MAX275,該芯片為連續(xù)時(shí)間模擬濾波器。設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,只需連接少量的電位器和固定電阻,同時(shí)也有相應(yīng)的濾波器設(shè)計(jì)軟件。Linear也有幾種集成濾波器芯片,但中心頻率都比較低。如果使用這種濾波器芯片,電路的體積就會(huì)減少很大一部分。 2 輸出低通濾波器 PLL進(jìn)行FM的鎖相解調(diào)之后。要減少各次諧波失真,所以要經(jīng)過(guò)低通濾波器。由于解調(diào)輸出信號(hào)的頻率一般都比較低,所以使用開(kāi)關(guān)電容濾波器就可以非常好地實(shí)現(xiàn)所要求的指標(biāo)。目前生產(chǎn)開(kāi)關(guān)電容濾波器的廠家比較多,其中Linear的產(chǎn)品范圍比較廣,性能也比較好。我們使用的是Maxim的8階巴特沃思型開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX295,它的時(shí)鐘比為50:1,因而對(duì)應(yīng)24kHz截至頻率必須提供1．2MHz的時(shí)鐘源。原理圖如圖３。 由于開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX295輸出信號(hào)增益為1,要滿(mǎn)足最大頻偏時(shí)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的信號(hào)電壓幅度,必須加一級(jí)放大。這時(shí)可以采用增益比較大的低通濾波電路,這樣可以減少因放大所引起的諧波輸出。該低通濾波器采用無(wú)限增益多反饋（MFB）低通濾波器電路。只有1節(jié),共2階。MFB 2階低通濾波器節(jié)原理圖如圖4所示。   因?yàn)榇穗娐酚型ㄟ^(guò)C1和R2的兩個(gè)反饋支路,又因?yàn)樵谶@里運(yùn)算放大器是作為無(wú)限增益部件用,所以稱(chēng)為無(wú)限增益多通路反饋低通濾波器。該濾波器有反相（負(fù)）增益R2／R1,因而適用于在ω＝0附近要求有180°相移的場(chǎng)合。它的優(yōu)點(diǎn)是所用的網(wǎng)絡(luò)元件少,特性穩(wěn)定,輸出阻抗低。由于這部分的濾波器截至頻率可以稍大一些,所以對(duì)于增益的調(diào)節(jié)可以通過(guò)調(diào)整R2和R1的比值得到。
參考文獻(xiàn) 1 O．J．Strock著,齊連普等譯．新一代計(jì)算機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)．北京：航空工業(yè)出版社,1991 2 程吉寬張鳴瑞郭建邦編．遙控遙測(cè)系統(tǒng)．北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1981 3 萬(wàn)心平張厥盛鄭繼禹．鎖相技術(shù)．西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1991 4 阿瑟．B．威廉斯著,喻春軒等譯．電子濾波器設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：電子工業(yè)出版社,1986 5 Analog Devices lnc..Amplifier Reference Manual.1992. 6 Maxim , lnc.,New Release Data Book.1996. 收稿日期：1999-07-13） | 
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