專利名稱：多通道、多模式、多功能的l波段無(wú)線電收發(fā)機(jī)的制作方法
多通道、多模式、多功能的L波段無(wú)線電收發(fā)機(jī)
背景技術(shù)：
目前，需要多達(dá)4個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)上的空中防撞系統(tǒng)(TCAS)、空中交通管制(ATC)應(yīng)答機(jī)(transponder)、測(cè)距設(shè)備(DME)以及通用訪問(wèn)收發(fā)機(jī)(UAT)航空電子功能。這將需要4個(gè)不同的收發(fā)機(jī)。這一實(shí)現(xiàn)在重量、成本、體積以及功耗方面不是最理想的。一些系統(tǒng)已經(jīng)嘗試去解決這個(gè)問(wèn)題。在L波段接收機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)當(dāng)前實(shí)施例中，DME接收機(jī)連同用于TCAS、應(yīng)答機(jī)和UAT的接收機(jī)一起被包括在內(nèi)。該現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)仍然包括用于為TCAS、應(yīng)答機(jī)以及UAT中頻(IF)輸出生成三個(gè)單獨(dú)的窄帶信號(hào)的所有模擬電路。DME IF輸出被單獨(dú)地生成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將所有四個(gè)無(wú)線電設(shè)備(空中防撞系統(tǒng)(TCAS)、空中交通管制(ATC)應(yīng)答·機(jī)、測(cè)距設(shè)備(DME)以及通用訪問(wèn)收發(fā)機(jī)(UAT))的發(fā)射與接收功能組合成單個(gè)無(wú)線電設(shè)備。這將發(fā)射機(jī)的數(shù)量從四個(gè)減為一個(gè)。這還將接收機(jī)、電源以及數(shù)字模塊的數(shù)量從四個(gè)減為一個(gè)。這降低了重量、成本、體積以及功耗。


結(jié)合附圖，以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選和可替代實(shí)施例圖I圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在飛機(jī)中包括的組件的示意圖；圖2是由圖I中示出的系統(tǒng)組件所執(zhí)行的示例性過(guò)程的流程圖；以及圖3、4-1、4_2和4_3圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例而形成的示例性系統(tǒng)的組件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括能夠接收從962MHz至1213MHz的頻率范圍內(nèi)的多種信號(hào)的寬帶接收機(jī)。其同時(shí)解碼四種不同的格式——在1090MHz的空中防撞系統(tǒng)(TCAS)，在1030MHz的空中交通管制(ATC)應(yīng)答機(jī)，在978MHz的通用訪問(wèn)收發(fā)機(jī)(UAT)，以及在962MHz至1213MHz的DME波段內(nèi)的IMHz通道中的測(cè)距設(shè)備(DME)。本發(fā)明還包括能夠發(fā)射多種信號(hào)格式的寬帶發(fā)射機(jī)。即在1030MHz的TCAS，在1090MHz的ATC應(yīng)答機(jī)以及在1025MHz至1150MHz內(nèi)的IMHz通道中的DME。盡管滿足了所需的信噪比，但是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)在寬帶寬上的限制妨礙了作為整合方案的寬帶多通道無(wú)線電的直接變換(直接在L波段頻率采樣)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明使用子帶化技術(shù)以及塊-下變頻來(lái)覆蓋整個(gè)L波段的航空電子無(wú)線電頻譜，從而使得寬帶ADC可應(yīng)用。寬帶無(wú)線電設(shè)備的另一實(shí)踐限制是在模擬前端的高輸入信號(hào)電平的線性度。通過(guò)限制模擬前端的增益以及塊下變頻來(lái)將下變頻信號(hào)的諧波置于采樣和數(shù)字濾波的帶寬之外的明智的實(shí)現(xiàn)來(lái)克服該限制。通過(guò)使用單個(gè)多模式調(diào)制器或者可切換的模式特定調(diào)制器，發(fā)射機(jī)覆蓋了多個(gè)L波段功能。使用寬帶功率放大器來(lái)放大整個(gè)L波段頻譜。通過(guò)使用模式選擇信息和自適應(yīng)地改變功率放大器的偏置，達(dá)到DME功能的更高的功率電平和效率。
傳統(tǒng)地，在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，使用第一奈奎斯特采樣區(qū)。例如，當(dāng)將采樣時(shí)鐘頻率F。(例如320MHz)用于ADC時(shí)，待數(shù)字化的模擬頻率被選擇為少于采樣時(shí)鐘頻率的1/2 (160MHz)。如果在寬帶無(wú)線電設(shè)備中采用該方法，則接收到的下變頻信號(hào)的諧波對(duì)其他期望通道產(chǎn)生干擾。例如，為了將962MHz到1100MHz塊下變頻到使用320MHz的F。的第一奈奎斯特區(qū)域，可以使用1112MHz的LO頻率。該塊下變頻產(chǎn)生從12MHz至150MHz的信號(hào)。然而，當(dāng)接收機(jī)接收到1090MHz處的強(qiáng)TCAS信號(hào) 時(shí)，將其下變頻至22MHz，并且該強(qiáng)信號(hào)在44MHz、66MHz...處產(chǎn)生諧波。如果在1068MHz處存在弱DME信號(hào)，則使用相同的1122MHz處的LO將其下變頻到44MHz。由于TCAS接收而生成的諧波，將污染DME通道，導(dǎo)致寬帶無(wú)線電設(shè)備不可用。但是，如果LO頻率被選擇為使得將經(jīng)塊下變頻的信號(hào)的諧波置于使用第二奈奎斯特區(qū)域的模數(shù)采樣帶寬之外，則避免了該問(wèn)題。例如，如果將LO頻率選擇為1265MHz，則會(huì)將1090處的TCAS信號(hào)下變頻到175MHz。它的諧波落在該寬帶無(wú)線電設(shè)備實(shí)現(xiàn)中使用的任意通道的最大頻率之外。圖I圖示了包括多通道、多模式、多功能的L波段無(wú)線電收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的飛機(jī)20。收發(fā)機(jī)系統(tǒng)包括與相應(yīng)的接收機(jī)34、36以及發(fā)射機(jī)(未示出)信號(hào)通信的頂部和底部天線30、32。接收機(jī)34、36對(duì)天線30、32接收到的射頻(RF)信號(hào)進(jìn)行塊下變頻，使用高速ADC對(duì)所得到的寬帶中頻(IF)頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)化，并發(fā)送數(shù)字信號(hào)到數(shù)字下變頻器(DDC)SSt5DDC38對(duì)多通道數(shù)字信號(hào)應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理，包括但不限于濾波和抽取(decimation)，其中，DDC 38將多通道數(shù)字信號(hào)變換成接著發(fā)送到四個(gè)無(wú)線電信號(hào)處理器的單個(gè)功能數(shù)據(jù)流TCAS40、應(yīng)答機(jī)(XPDR) 42、UAT 44以及DME 46。圖3示出了接收機(jī)34、36的示例性內(nèi)容。圖2圖示了由圖I中示出的收發(fā)機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的示例性過(guò)程80。首先，在框82處，頂部和底部天線30、32接收第一和第二無(wú)線電信號(hào)。接著，在框84處，根據(jù)與TCAS 40、應(yīng)答機(jī)42以及UAT 44相關(guān)聯(lián)的第一帶寬，對(duì)第一接收信號(hào)進(jìn)行濾波。在框86處，將濾波后的第一信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)。在框88處，對(duì)第二接收信號(hào)進(jìn)行濾波并將其分成低和高波段信號(hào)。低波段信號(hào)與TCAS 40、應(yīng)答機(jī)42、以及UAT 44和DME RF波段的下半部相關(guān)聯(lián)。高波段信號(hào)與DME46RF波段的上半部相關(guān)聯(lián)。在框90處，將低和高波段信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二和第三數(shù)字信號(hào)。在框88和90處執(zhí)行的步驟可以與在框84和86處執(zhí)行的步驟同時(shí)執(zhí)行。接下來(lái)，在框94處，基于第一和第二數(shù)字信號(hào)，生成TCAS、應(yīng)答機(jī)以及UAT解碼器輸入信號(hào)。在框96處，基于第二和第三數(shù)字信號(hào)，生成DME解碼器輸入信號(hào)。最后，在框98處，將生成的解碼器輸入信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的解碼器(TCAS 40、應(yīng)答機(jī)42、UAT44以及DME46)圖3、4_1以及4-2圖示了示例性收發(fā)機(jī)系統(tǒng)130的接收機(jī)部分的模擬和數(shù)字組件。收發(fā)機(jī)系統(tǒng)130包括頂部和底部天線160、162，第一和第二帶通濾波器(BPF) 166、168，第一和第二環(huán)形器(circulator) 150、152,發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)154、發(fā)射機(jī)140、頂部天線模擬接收機(jī)組件144、底部天線模擬接收機(jī)組件146以及多個(gè)數(shù)字下變頻器(DDC) 300。第一 BPF 166與頂部天線160和第一環(huán)形器150信號(hào)通信。第一環(huán)形器150還與發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)154以及頂部天線的模擬接收機(jī)組件144信號(hào)通信。第二 BPF168與底部天線162和第二環(huán)形器152信號(hào)通信。環(huán)形器152與發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)154和底部天線的模擬接收機(jī)組件146信號(hào)通信。在這一實(shí)施例中，濾波器166、168對(duì)962 1213MHz帶寬中的信號(hào)進(jìn)行濾波。BPF 166、168所濾波的帶寬僅僅包括與TCAS 40、應(yīng)答機(jī)42、UAT 44以及DME 46相關(guān)聯(lián)的那些無(wú)線電信號(hào)。環(huán)形器150、152提供信號(hào)方向性，使得由發(fā)射機(jī)140生成的信號(hào)被傳送到相應(yīng)的天線160、162，并且由相應(yīng)的天線160、162接收的信號(hào)被傳送到相應(yīng)的接收機(jī)組件144、146。頂部接收機(jī)組件144包括T/R開(kāi)關(guān)(限制器(limiter)) 172，其從第一環(huán)形器150接收帶寬受限的信號(hào)。第一低噪聲放大器(LNA) 174接收T/R開(kāi)關(guān)(限制器)172的輸出，從而產(chǎn)生第一放大信號(hào)。當(dāng)在天線處出現(xiàn)高功率信號(hào)時(shí)，T/R開(kāi)關(guān)(限制器)172防止對(duì)LNA174過(guò)激勵(lì)(overdriving)，其中，高功率信號(hào)包括發(fā)射機(jī)輸出。圖像濾波和第二 LNA組件176接收第一 LNA 174的輸出，從而產(chǎn)生具有 962 IIOOMHz帶寬的射頻(RF)信號(hào)。在混頻器180處，將圖像濾波和第二 LNA組件176的輸出與本地振蕩器(LO)信號(hào)182組合。BPF186和放大器188接收混頻器180的輸出，從而產(chǎn)生具有165 303MHz帶寬的中頻(IF)。然后，將放大器188輸出的信號(hào)發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 190。底部天線的模擬接收機(jī)組件146包括T/R開(kāi)關(guān)(限制器)200，其經(jīng)由環(huán)形器152和BPF 168接收由底部天線162接收的信號(hào)。第一 LNA202接收T/R開(kāi)關(guān)(限制器)200的輸出，其產(chǎn)生被發(fā)送到解復(fù)用器/分離器204的放大的信號(hào)。解復(fù)用器/分離器204將從第一LNA 202接收的放大信號(hào)分成低波段(RF962 1100MHz)和高波段(RF 1101 1213MHz)。將低波段RF發(fā)送到第一圖像濾波和第二 LNA組件206，其生成在混頻器208處與LO信號(hào)210組合的信號(hào)。將混頻器208的輸出發(fā)送到BPF 214，并且然后發(fā)送到放大器216，從而產(chǎn)生具有165 303MHz帶寬的IF信號(hào)。將放大器216的輸出發(fā)送到ADC 218。將從解復(fù)用器/分離器204輸出的高波段RF發(fā)送到圖像濾波和LNA 222，其輸出信號(hào)到混頻器224，該信號(hào)與LO信號(hào)226組合?；祛l器224的輸出被BPF 230濾波，然后由放大器232放大，從而產(chǎn)生具有176 288MHz帶寬的IF。將放大器232的輸出發(fā)送到ADC234。如圖4-1和4-2中所示，將ADC 190、218和234的輸出發(fā)送到DDC 300。將由ADC190和218產(chǎn)生的低波段數(shù)字信號(hào)發(fā)送到兩個(gè)TCAS DDC 310、兩個(gè)應(yīng)答機(jī)(XPDR) DDC 320以及兩個(gè)UAT DDC 330。圖4_1僅示出了 TCAS、應(yīng)答機(jī)以及UAT DDC中每一者中的一個(gè)。將來(lái)自ADC 234和218的高和低波段輸出發(fā)送到DME DDC 340。TCAS DDC 310在兩個(gè)混頻器處接收ADC 190、218之一的輸出。第一混頻器將接收到的數(shù)字IF信號(hào)與零相位的復(fù)(complex) LO信號(hào)混合，并且第二混頻器將接收到的數(shù)字IF信號(hào)與90°相移的復(fù)LO信號(hào)組合。復(fù)LO產(chǎn)生頻率和振幅相同并且之間具有90°相位差(即代表實(shí)和虛部的同相(I)和正交(Q))的兩個(gè)輸出。TCAS DDC的復(fù)LO的頻率值是175MHz。接下來(lái)，將混頻器的輸出發(fā)送到相應(yīng)的CIC抽取LPF，所述LPF是級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器，其是具有抽取因子R、差分階數(shù)(differential stage)M#和階數(shù)(stage)N#的抽取濾波器結(jié)構(gòu)。抽取通過(guò)所述抽取因子來(lái)降低輸入速率。如果輸入以Fs = 320Mhz計(jì)時(shí)(clock)并且R = 4，則輸出以Fs2 = 80Mhz計(jì)時(shí)。將CIC抽取LPF的輸出發(fā)送到具有截止頻率F。、輸入時(shí)鐘頻率Fs2的相應(yīng)的有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)-抽取LPF。接下來(lái)，組件接收FIR-抽取LPF的輸出從而確定幅度以及相位值。應(yīng)答機(jī)DDC 320的組件與TCAS DDC 310的那些組件相同，除了復(fù)LO工作在235MHz的頻率。數(shù)據(jù)緩沖器、上(up)和下(down)采樣器以及內(nèi)插FIR提供了重采樣電路，用于將輸出數(shù)據(jù)速率變?yōu)榕c解碼器的輸入數(shù)據(jù)速率要求相匹配。在相位輸出以解調(diào)DPSK(差分相移鍵控)數(shù)據(jù)后，存在延遲/倍增器(multiplier)。UAT DDC 330包括其他的DDC 310、320的所有組件，除了其不包括用來(lái)生成通過(guò)FIR-抽取LPF產(chǎn)生的信號(hào)的幅度和相位的組件。此外，UAT DDC 330包括工作在287MHz的復(fù)L0，以及配置成產(chǎn)生同相信號(hào)(I)和正交相位信號(hào)(Q)的各種其他組件。數(shù)據(jù)緩沖器、上和下采樣器以及內(nèi)插FIR提供了重采樣電路，以用于將輸出數(shù)據(jù)速率變?yōu)榕c解碼器的輸入數(shù)據(jù)速率要求相匹配。高和低波段AGC(自動(dòng)增益控制)電路控制驅(qū)動(dòng)ADC輸入的外部可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆妗＿@確保了對(duì)ADC的輸入不超過(guò)它們的最大線性范圍。DME DDC包括與TCAS DDC 310的電路組件相似的電路組件，除了復(fù)LO的頻率為155 303MHz ο 雖然如上所述，已經(jīng)說(shuō)明和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下能夠作出眾多改變。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不限于優(yōu)選實(shí)施例的公開(kāi)。相反，應(yīng)參考下面的權(quán)利要求書來(lái)完整地確定本發(fā)明。按照如下來(lái)定義其中要求了排他權(quán)或特權(quán)的本發(fā)明的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 在連接到第一天線(30)的第一接收機(jī)(34)處， 接收來(lái)自第一天線的信號(hào)； 基于與空中防撞系統(tǒng)(TCAS) (40)、應(yīng)答機(jī)(42)以及通用訪問(wèn)收發(fā)機(jī)(UAT) (44)相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)對(duì)接收到的信號(hào)濾波； 使用第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) (190)來(lái)對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化；以及 將數(shù)字化的信號(hào)數(shù)字下變頻成編碼的TCAS信號(hào)、應(yīng)答機(jī)信號(hào)以及UAT信號(hào)；以及 在連接到第二天線(32)的第二接收機(jī)(36)處， 接收來(lái)自第二天線的信號(hào)； 基于與TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及DME相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)將接收到的信號(hào)分離成具有與TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及DME RF波段的下半部相關(guān)聯(lián)的帶寬的第一信號(hào)，以及具有與DME RF波段的上半部相關(guān)聯(lián)的帶寬的第二信號(hào)； 使用第二和第三ADC (218，234)來(lái)對(duì)第一和第二信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化；以及將數(shù)字化的第一和第二信號(hào)數(shù)字下變頻成編碼的TCAS信號(hào)、應(yīng)答機(jī)信號(hào)、UAT信號(hào)以及DME信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中第一天線位于飛機(jī)機(jī)身的頂部并且第二天線位于飛機(jī)機(jī)身的底部。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 在第二接收機(jī)處， 基于與TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及DME RF波段的下半部相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)對(duì)第一信號(hào)濾波；以及 基于與DME RF波段的上半部相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)對(duì)第二信號(hào)濾波。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中濾波包括 使用被配置成產(chǎn)生具有ADC波段外的諧波的預(yù)定義本地振蕩器信號(hào)來(lái)外差信號(hào)。
5.一種系統(tǒng),包括 第一天線(30)； 第二天線(32)； 連接至第一天線的第一接收機(jī)(34)，第一接收機(jī)被配置成 接收來(lái)自第一天線的信號(hào)； 基于與空中防撞系統(tǒng)(TCAS) (40)、應(yīng)答機(jī)(42)以及通用訪問(wèn)收發(fā)機(jī)(UAT) (44)相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)對(duì)接收到的信號(hào)濾波； 對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)化；以及 將數(shù)字化的信號(hào)數(shù)字下變頻成編碼的TCAS信號(hào)、應(yīng)答機(jī)信號(hào)以及UAT信號(hào)；以及 連接至第二天線的第二接收機(jī)(36)，該第二接收機(jī)被配置成 接收來(lái)自第二天線的信號(hào)； 基于與TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及測(cè)距設(shè)備(DME) (46)相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)對(duì)從第二天線接收到的信號(hào)濾波； 基于與TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及DME相關(guān)聯(lián)的帶寬將濾波后的信號(hào)分離成具有與TCAS、應(yīng)答機(jī)以及DME RF波段的下半部相關(guān)聯(lián)的帶寬的第一信號(hào)，以及具有與DME RF波段的上半部相關(guān)聯(lián)的帶寬的第二信號(hào)； 對(duì)第一和第二信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化；以及 將數(shù)字化的第一和第二信號(hào)數(shù)字下變頻成編碼的TCAS信號(hào)、應(yīng)答機(jī)信號(hào)、UAT信號(hào)以及DME信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，第一天線位于飛機(jī)機(jī)身的頂部并且第二天線位于飛機(jī)機(jī)身的底部。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中第二接收機(jī)被配置成 基于與TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及DME RF波段的下半部相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)對(duì)第一信號(hào)濾波；以及 基于與DME RF波段的上半部相關(guān)聯(lián)的帶寬來(lái)對(duì)第二信號(hào)濾波。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中第一接收機(jī)包括用于執(zhí)行數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) (190)，其中第一接收機(jī)使用被配置成產(chǎn)生具有ADC波段外的諧波的預(yù)定義本地振蕩器信號(hào)來(lái)外差接收到的信號(hào)。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中第二接收機(jī)包括用于執(zhí)行數(shù)字化的第一和第二ADC (218，234)，其中第二接收機(jī)使用被配置成產(chǎn)生具有第一和第二 ADC波段外的諧波的預(yù)定義本地振蕩器信號(hào)來(lái)外差接收到的第一和第二信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及多通道、多模式、多功能的L波段無(wú)線電收發(fā)機(jī)。用于提供改進(jìn)的多無(wú)線電系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。示例性系統(tǒng)包括第一和第二天線及第一接收機(jī)，第一接收機(jī)接收來(lái)自第一天線的信號(hào)，基于與空中防撞系統(tǒng)、應(yīng)答機(jī)以及通用訪問(wèn)收發(fā)機(jī)相關(guān)聯(lián)的帶寬對(duì)接收到的信號(hào)濾波；該系統(tǒng)將濾波后的信號(hào)數(shù)字化并將數(shù)字化的信號(hào)數(shù)字下變頻。第二接收機(jī)接收來(lái)自第二天線的信號(hào)，基于TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及測(cè)距設(shè)備對(duì)從第二天線接收的信號(hào)濾波，將濾波后的信號(hào)分成具有與TCAS、應(yīng)答機(jī)、UAT以及DME RF波段的下半部相關(guān)聯(lián)的帶寬的第一信號(hào)，和具有與DME RF波段的上半部相關(guān)聯(lián)的帶寬的第二信號(hào)，將第一和第二信號(hào)數(shù)字化，并將數(shù)字化的第一和第二信號(hào)數(shù)字下變頻。
文檔編號(hào)H04B1/40GK102916719SQ20121030093
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者J·B·瓊斯, P·梅亞潘, P·費(fèi)爾古森, M·弗圖, T·W·黑斯廷斯 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司