摘要：隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進(jìn)步，電子線路的集成化已經(jīng)成為中高頻電路發(fā)展的一個重要方向，根據(jù)工程需要，采用進(jìn)口集成芯片AD6459、MAX2605、AD633等設(shè)計了70 MHz基于鎖相環(huán)的單脈沖跟蹤接收機，相比原來的接收機，集成度高，硬件電路大大簡化，成本低，調(diào)試方便，現(xiàn)已應(yīng)用于某衛(wèi)星通信地球站天線跟蹤系統(tǒng)，大量的動態(tài)性能實驗表明接收機參數(shù)穩(wěn)定，同時使跟蹤系統(tǒng)的可靠性也得到較大的提高。
關(guān)鍵詞：集成化；AD6459；鎖相環(huán)；自動增量控制；單脈沖

    隨著電子技術(shù)的發(fā)展，接收機硬件系統(tǒng)越來越向著成本低、體積小、重量輕、耗電省、可靠性高的方向發(fā)展。
AD6459是AD公司研制的中頻接收系統(tǒng)的芯片，該芯片集成有寬帶混頻器、增益可控中頻放大器、參考鎖相環(huán)、正交混頻器等單元電路。應(yīng)用AD6459和外加集成VCO、四象限乘法器等單元電路組成的70 MHz全集成中頻鎖相接收機主板相對原來的中頻接收機，在整機硬件結(jié)構(gòu)和性能上取得很大改進(jìn)，大量地缺省了由整部件組裝時的電纜連接，減小了設(shè)備的體積、重量、功耗以及成本，進(jìn)一步提高了接收機的可靠性、可維修性以及參數(shù)調(diào)整的方便性。

1 鎖相接收機的設(shè)計方案
1．1 跟蹤接收系統(tǒng)原理簡介
    跟蹤接收系統(tǒng)是某衛(wèi)星通信地球站的一個組成部分。它接收來自天線的信標(biāo)信號(和信號)和角度誤差信號(差信號)，經(jīng)調(diào)制、放大、變頻、解調(diào)后向伺服分系統(tǒng)提供所需的角誤差電壓，控制天線的俯仰軸和方位軸向角誤差減小的方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對衛(wèi)星目標(biāo)的自跟蹤。
    集成化中頻鎖相接收機主板是跟蹤接收系統(tǒng)的核心部分，主板包括以下幾個單元電路：中頻接收模塊(AD6459)、集成VCO和數(shù)字式變速掃描電路、誤差解調(diào)電路和時鐘發(fā)生電路等。其原理框圖如圖1所示。

    接收機主板所完成的功能是：將70 MHz信號混頻并鎖相得到頻率穩(wěn)定的10．7 MHz檢波中頻；通過自動增益控制使檢前信號幅度保持恒定；經(jīng)下變頻得到的10．7 MHz信號和參考晶振信號經(jīng)正交檢波，得到的角誤差信號包絡(luò)送入誤差解調(diào)電路與本機產(chǎn)生的6．2 kHz時鐘信號進(jìn)行同步檢波，得到方位和俯仰兩軸角誤差電壓。
1．2 主要芯片介紹
    簡單地說，AD6459芯片是一個中頻接收系統(tǒng)。主要組成部分有：增益可控的UHF混頻器、本振放大器、線性增益可控中頻放大器和I／O混頻器(鑒相器)、正交振蕩器和自動增益控制電路。在集成化中頻鎖相跟蹤接收機中主要實現(xiàn)兩個功能，一是組成鎖相環(huán)電路，即將中頻信號混頻并鎖相得到頻率穩(wěn)定的10．7 MHz檢波中頻；二是組成自動增益控制電路，即通過自動增益控制使檢前信號幅度保持恒定。AD6459功能框圖如圖2所示。

    AD6459的性能參數(shù)如下：
    工作頻率：DC——500 MHz；最大增益：80 dB
    可控增益范圍：76 dB； 電源：2．7～5．5 V
    溫度范圍：-40～+85℃；20只管腳SMD封裝(窄)
1．3 中頻鎖相環(huán)
    鎖相環(huán)電路原理框圖如圖3所示。

    由集成芯片MAX2605組成59．3 MHz壓控振蕩器(VCO)，該單元電路為窄體封裝SMD集成VCO，需外接一個電感、一個變?nèi)荻O管和必要的偏置電容，電路可產(chǎn)生振蕩。
    70 MHz信號和VCO輸出的本振信號在UHF混頻器中混頻，得到兩路差分的10．7MHz中頻信號，當(dāng)VCO的頻率在59．3MHz±150kHz掃描時，該中頻信號頻率和相位也隨之變化?；祛l輸出的一路經(jīng)過一個窄帶濾波器送入AD6459的中頻輸入端子，經(jīng)增益可控放大器后在I／O混頻器中與10．7 MHz晶振輸出的參考信號的相位進(jìn)行比較。正交鑒相器輸出的正交支路經(jīng)環(huán)路濾波器與掃描電路產(chǎn)生的鋸齒波相加，然后送到VCO電路的控制端，來控制VCO的變?nèi)莨?，從而控制振蕩頻率，使混頻輸出中頻信號與參考晶振同頻同相，環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。正交鑒相器輸出的同相支路經(jīng)比較器電路用作失鎖檢測或鎖定指示，并用來控制掃描的啟動、停止。
    環(huán)路濾波器采用有源比例積分濾波器。它具有低通特性和比例作用，相頻特性也有超前校正。
    因為環(huán)路濾波器的帶寬較窄，相應(yīng)地環(huán)路快捕帶也較窄，對于中心頻率變化范圍較大的輸入信號，單靠環(huán)路自身捕捉是很困難的。設(shè)計采用變速掃描輔助捕捉電路以加快環(huán)路的捕捉速度。掃描電路設(shè)計成數(shù)字自適應(yīng)變速掃描方式，掃描波形為三角波。I／Q混頻器正交支路輸出的相位誤差電壓經(jīng)環(huán)路濾波器后和掃描波相加，來控制VCO的變?nèi)莨堋．?dāng)環(huán)路失鎖時，鑒相器輸出差拍信號，失鎖監(jiān)測電路監(jiān)測到該信號后觸發(fā)掃描波發(fā)生器去控制VCO。差拍頻率越高，掃描速度越快；一旦輸出中頻頻率靠近參考信號頻率，掃描速度自動變慢并在環(huán)路鎮(zhèn)定后停掃，環(huán)路完成捕獲。
1．4 自動增益控制電路
    在通信、導(dǎo)航、遙測遙控等無線系統(tǒng)中，由于受發(fā)射功率大小、收發(fā)距離遠(yuǎn)近、無線電波傳播衰落等各種因素的影響，接收機所接收的信號強弱變化范圍很大，信號強度的變化可能相差幾十分貝，如果電路增益不變，則信號太強時會造成接收機的飽和或阻塞，甚至使接收機損壞，而信號太弱時又可能被丟失。因此，在接收微弱信號時，希望接收機有很高的增益，而在接收強信號時，接收機的增益應(yīng)該減小一些。這種要求靠人工增益控制來實現(xiàn)是困難的，必須采用自動增益控制電路，使接收機的增益隨輸入信號強弱而自動變化。
    用自動增益控制電路對系統(tǒng)的增益進(jìn)行控制，可使I／Q混頻器前的中頻信號幅度保持恒定，以完成單通道單脈沖跟蹤信號幅度歸一化。

    芯片AD6459集成了增益控制中頻放大器，可提供高達(dá)76 dB的增益控制范圍，電路的總增益(用dB表示)與該控制端的電壓呈線性關(guān)系。增益控制輸入端"CAIN"(13引腳)接收來自AGC檢波器或者數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制電壓，其電壓范圍要求在0．2～2．25 V之間。該端電壓為0．2V時，系統(tǒng)增益最大；電壓為2．25 V，系統(tǒng)增益最小。增益控制的斜率受控于“GREF”端電壓，可通過調(diào)整該端電壓來調(diào)整增益控制斜率，該端電壓為1．2V時，斜率為27mV／dB。
    在UHF混頻器的另一輸出端接一個寬帶中頻濾波器和AGC電壓檢波器(本設(shè)計中用的是AD606，是一個對數(shù)放大器)，將檢波輸出的電壓與I／Q混頻器同相支路輸出的直流電壓比例相加后送入到自動增益控制端。當(dāng)輸入信號增大時，檢波出來的電壓必然增大，加在增益控制端的電壓增大，中放和混頻器的增益減小，這樣就可以使輸出電壓保持恒定。

2 工程實現(xiàn)
    鎖相接收機主板是該工程跟蹤接收系統(tǒng)的核心部分，集成化電路結(jié)構(gòu)由一塊300mmx140mm印制板實現(xiàn)。由AD6459芯片組成中頻接收模塊。由MAX2605組成59．3 MHz壓控振蕩器(VCO)，該單元電路為窄體封裝SMD集成VCO，需外接一個電感、一個變?nèi)荻O管和必要的偏置電容，電路就可產(chǎn)生振蕩，調(diào)試極為方便。10．7 MHz參考采用QEN92型集成晶體振蕩器。波形為CMOS電平。誤差解調(diào)器采用集成電路AD633四象限模擬乘法器，SMD封裝，體積小，調(diào)整方便。

3 性能測試結(jié)果
    對接收機整機實測的結(jié)果表明，鎖相環(huán)的捕獲時間小于0．5 s、輸入信號動態(tài)范圍大于30 dB、自動增益控制精度和線性均達(dá)到或優(yōu)于預(yù)先設(shè)計的指標(biāo)要求，圖5為接收機主板信號輸入電平和自動增益控制電壓曲線。

    注：坐標(biāo)橫軸為70 MHz信號輸入電平。
    V01為對數(shù)放大器檢波輸出電壓，隨輸入信號的增大線性的增大；Vagc為AD6459增益控制端的輸入電壓，隨輸入信號的增大線性的增大；V02為I／Q混頻器輸出的直流電壓，在增益控制的范圍內(nèi)，該電壓基本保持不變。

4 結(jié)束語
    該集成化中頻鎖相接收機已應(yīng)用于某衛(wèi)通地球站天線跟蹤系統(tǒng)，大量的動態(tài)性能實驗表明接收機參數(shù)穩(wěn)定，同時使跟蹤系統(tǒng)的可靠性也得到較大的提高。