CN109116310A - 一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机，安装于飞机的机顶或机腹，包括TCAS天线和射频有源收发机；所述的TCAS天线和射频有源收发机集成于一个独立模块形成TCAS有源天线；所述的TCAS天线为具有至少一个辐射单元的微带天线，所述的射频有源收发机包括与微带天线中辐射单元数量相等的收发组件，所述的收发组件中包括用于放大和发送寻问信号的发射机、用于接收和放大应答信号的接收机；所述的收发组件的两个有源射频接口分别接相应的辐射单元后续的调制解调和数据处理模块中相应的处理通道。本发明中，将射频接收机和功率发射电路集成于四单元微带天线结构内，实现有源TCAS天线，具有结构紧凑、收发效率高等优点。

Description

一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机
技术领域
本发明涉及雷达领域，特别涉及一种飞机防撞系统(TCAS)二次雷达射 频收发机。
背景技术
随着民用航空行业的快速发展，空中交通密度日渐加大、航路拥挤、飞 行高度层控制加严，针对飞行器飞行安全的问题，航空工业界开发了S模式 的二次雷达和空中防撞系统(TCAS)数据通信警告系统。TCAS通信系统通过 询问和监听周围飞机的应答机，来监视本架飞机周围空域中其它飞机的存在、 位置以及运动状况，并视情发出交通咨询(TA)或决断咨询(RA)，使飞行员 在了解本机邻近空域交通状况的情况下，根据系统指令主动地采取避让措施， 防止与其它飞机过分接近或产生相撞危险。随着TCAS技术的进步和更新换代，目前已经发展了第一代系统和第二代发展系统，一代系统只提供TA咨询信息， 而二代系统可提供TA、RA咨询信息，还可提供垂直避让信息，目前尚处于研 发阶段的三代系统不仅能够提供TA、RA咨询信息以及垂直避让信息，还可以 提供水平避让信息。目前世界上波音和空客两大飞机制造公司生产的飞机均 装有S模式应答机或TCAS-II二次雷达系统。
传统的TCAS系统的天线为无源架构，天线与有源电路通过长同轴线连接， 这导致发射机射频功率还有相当的比例损耗在同轴电缆上，同时由于电缆的 损耗，导致接收机的噪声系数居高不下，严重限制了射频收发机的性能。TCAS 接收机的工作于1090MHz，用于收听周边飞机的应答信号或断续发射信号， 从而感知周围空域中其它飞机的存在，并记录其地址码。而TCAS发射机工作 于1030MHz，用于向周边飞机发出询问，如果获知周边飞机的地址码，还可 实现对飞机的点名询问。TCAS系统的研发长期以来被国外数家大公司垄断， 我国于上世纪70年代由原机电部783厂和电子部28所研发航空管制二次雷 达系统，由于国情和技术发展等因素的影响，我国的二次雷达技术研发水平 仍远远落后于欧美等发达国家。
文献【1】(Haruo Kawakami and Gentei Sato.CHARACTERISTICS OF TCASCIRCULAR PHASED ARRAY ANTENNAS FOR MOMENT METHOD.Faculty of Science andTechnology,SOPHIA UNIVERSITY,1989:1340-1343)介绍了一种波束方 向可控的TCAS天线，发射机的辐射功率可以辐射到指定的方向，接收机的波 束也可切换为全向辐射或定向辐射，同时多路接收机可以兼容单脉冲比相测 角功能。该天线具有低剖面、重量轻等优点，适合安装于飞机上。该TCAS天 线仍属于传统的天线与有源收发机分离的设计方案，长射频电缆损耗带来的 问题仍未解决。文献【2】(Mark D.Smith,Gregory T.Stayton.SYSTEMSAND METHODS FOR USING A TCAS DIRECTIONAL ANTENNA FOR OMNIDIRECTIONALTRANSMISSION.US PATENT,2008,US7554482B2)提出的TCAS天线采用幅相 控制的馈电网络，多个单元天线采用独立的幅度和相位加权，实现定向天线 的方向指向或者实现全向辐射天线。这种天线所使用馈电网络采用无源幅相 控制，属于无源体制，网络复杂，损耗较大，严重恶化了发射机的发射功率 和接收机的接收灵敏度。文献【3】(夏勇，张浩，李晓娟，尤路.二次雷达 波束控制系统设计.信息与电子工程，2012,10(3)：266-269)提出了一种采用机械扫描工作方式的航管二次雷达射频系统，该设计是基于无源相控阵 天线体制的二次雷达，是为适应重点空域警戒功能而发展起来的。波束控制 系统是该二次雷达的重要组成部分，其基本功能包括：相位控制、同步控制、 数据传输以及信号自检。二次雷达波束控制系统采用了基于嵌入式计算机和 网络的集中式波控方案设计，具有工作方式灵活多样、波束调度方便、可靠 性高等优点。文献【4】(王谊.一维相控阵二次航管设备研制.电子科技大 学所示论文，2013：17-25)设计了一套完整的一维相控阵二次雷达航管设备， 该雷达可采用多种航空管制模式进行自主式扫描询问，接收机则接收附近飞 机的应答机信号，并对信号进行译码、单脉冲测角和多目标处理，生成航迹。 该设备可以固定安装于地面站或装载于移动平台。文献【3】和【4】提出的 二次雷达基于相控阵体制，系统体制复杂，体积和重量都较大，仅适用于地 面安装或车载安装，不适合装载于飞机上。
发明内容
针对传统TCAS天线与收发机分离，中间采用长电缆连接，由于长电缆的 损耗，导致发射机功率有一定损耗，同时导致接收机噪声系数增大，这样接 收信号和发射信号传输效率低，影响系统性能，本发明提供一种飞机防撞系 统(TCAS)二次雷达射频收发机，将射频接收机和功率发射电路集成于四单 元微带天线结构内，实现有源TCAS天线，具有结构紧凑、收发效率高等优点。
本发明实现其技术目的技术方案是：一种飞机防撞系统二次雷达射频收 发机，安装于飞机的机顶或机腹，包括TCAS天线和射频有源收发机；所述的 TCAS天线和射频有源收发机集成于一个独立模块形成TCAS有源天线；所述的 TCAS天线为具有至少一个辐射单元的微带天线，所述的射频有源收发机包括 与微带天线中辐射单元数量相等的收发组件，所述的收发组件中包括用于放 大和发送寻问信号的发射机、用于接收和放大应答信号的接收机；所述的收 发组件的两个有源射频接口分别接相应的辐射单元后续的调制解调和数据处 理模块中相应的处理通道。
本发明中，将射频接收机和功率发射电路集成于四单元微带天线结构内， 实现有源TCAS天线，具有结构紧凑、收发效率高等优点。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的微带天 线中包括位于圆盘平面上，等90度角中心对称排布的第一辐射单元、第二辐 射单元、第三辐射单元和第四辐射单元；所述的第一辐射单元正对飞机机头 方向，第二辐射单元和第四辐射单元指向飞机两翼，第三辐射单元对准飞机 机尾；所述的射频有源收发机包括结构完全一致、且具有相同的电长度的第 一收发组件、第三收发组件、第三收发组件和第四收发组件；所述的第一辐 射单元接第一收发组件的一个有源射频接口、所述的第二辐射单元接第二收发组件的一个有源射频接口、所述的第三辐射单元接第三收发组件的一个有 源射频接口、所述的第四辐射单元接第四收发组件的一个有源射频接口。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的微带天 线中第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元和第四辐射单元分别为采 用90度张角的扇形贴片天线，贴片天线的边和角采用圆弧和曲线圆滑处理与 圆盘平面；每片贴片天线采用四分之一的谐振方式，每片贴片天线地通过高 阻窄线与圆盘平面中心的接地方块相连；每片贴片天线的馈电点位于其中心 位置，与馈电同轴线焊接。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的贴片天 线的介质采用Roger4350B，介电常数3.66，厚度为0.508mm，圆盘平面直径 165mm。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的射频有 源收发机中每个收发组件包括由高功率收发开关切换的接收通路和发射通 路，所述的高功率收发开关为一个单刀双掷开关。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的发射通 路包括将射频功率放大至200W的依次连接的发射驱动放大器和功率放大器； 所述的接收通路包括低噪放大器和接收驱动放大器；所述的收发组件中还包 括对发射驱动放大器和功率放大器的电源控制装置，所述的电源控制装置在 所述的接收通路工作时，断开发射驱动放大器和功率放大器的电源。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：还包括采用耦 合器对发射链路和接收链路分别实现闭环自测的自校准通路；所述的自校准 通路包括一个工作于1030～1090MHz的三输出的校准源、分别用于测试发射通 路和接收通路闭环回路的增益和相位的两个幅相检测器，所述的校准源和幅 相检测器通过单片机串口接主机，分别实现发射通路校准链路和接收通路校 准链路。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的发射通 路校准链路包括校准源的第一路、单刀双掷开关、发射通路、第一耦合器、 双刀双掷开关；校准源激活第一路输出经单刀双掷开关送往发射通路，利用 第一耦合器耦合取样出参考信号送往幅相检测器，与经过双刀双掷开关回传 的发射通路耦合信号进行幅度和相位检测。
进一步的，上述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机中：所述的接收通 路校准链路包括校准源的第二路和第三路、接收通路、双刀双掷开关、第二 耦合器；所述的校准源的第二路经双刀双掷开关送往接收通路，经接收通路 放大后由第二耦合器耦合取样送往第二个幅相检测器，同相参的所述的校准 源的第三路路信号进行比较得到幅度和相位。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例1的飞机防撞系统二次雷达射频收发机安装在飞机 上位置示意图(一)。
图2为本发明实施例1的飞机防撞系统二次雷达射频收发机安装在飞机 上位置示意图(二)。
图3为本发明实施例1集成射频收发机的TCAS有源天线。
图4为本发明实施例1微带平面天线结构示意图。
图5为本发明实施例1天线底部馈电结构示意图。
图6为本发明实施例1天线整体结构示意图，6a为底面正视图，6b侧视 图，6c立体图。
图7为本发明实施例1天线驻波和单元间隔离度(三条曲线从上到下分 别为驻波、相邻单元隔离度、相对单元隔离度)。
图8为本发明实施例1单元天线的方向图。
图9为本发明实施例1四单元按(90°、0°、90°、180°)相位馈电 方向图。
图10为本发明实施例1四单元按(90°、0°、90°、180°)相位馈电 方向图.
图11为本发明实施例1四单元按(0°、90°、180°、90°)相位馈电 方向图。
图12为本发明实施例1四单元按(90°、180°、90°、0°)相位馈电 方向图。
图13为本发明实施例1四单元按(180°、90°、0°、90°)相位馈电 方向图。
图14为本发明实施例1射频有源收发机原理图。
图15为本发明实施例1校准源和幅相检测电路原理图。
图16为本发明实施例1发射通路校准链路示意图。
图17为本发明实施例1接收通路校准链路示意图。
图18为本发明实施例1外形装配结构示意图。
具体实施方式
本实施例是一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机，安装于飞机的机顶 或机腹如图1和图2所示，两种飞机都可以将本实施例的TCAS有源天线安装 在飞机的机顶或者腹部。如图3所示，本实施例中的飞机防撞系统二次雷达 射频收发机包括TCAS天线10和射频有源收发机30；TCAS天线10和射频有 源收发机30集成于一个独立模块形成TCAS有源天线1，在飞机内安装调制解 调和数据处理模块2。如图3和图4所示；TCAS天线10为具有至少一个辐 射单元的微带天线，本实施例中，微带天线上有四个辐射单元分别设置在圆 盘平面29上，等90度角中心对称排布，分别是第一辐射单元101、第二辐射 单元102、第三辐射单元103和第四辐射单元104；其中，第一辐射单元101 正对飞机机头方向，第二辐射单元102和第四辐射单元104指向飞机两翼， 第三辐射单元103对准飞机机尾。
这些辐射单元分别由射频有源收发机30供电，如图3所示，射频有源收 发机30包括四个独立的收发组件，分别是第一收发组件301、第三收发组件 302、第三收发组件303和第四收发组件304，这四个收发组件分别对四个辐 射单元馈电。其中第一辐射单元101接第一收发组件301的一个有源射频接 口42，接受第一收发组件301的一个有源射频接口42、第二辐射单元102接 第二收发组件302的一个有源射频接口43，接受第二收发组件302的有源射 频接口43馈电、第三辐射单元103接第三收发组件303的一个有源射频接口 44，从第三收发组件303的有源射频接口44馈电、第四辐射单元104接第四 收发组件304的一个有源射频接口45，接受第四收发组件304的有源射频接 口45馈电。每个辐射单元(101－104)分别由独立的收发组件(TR，301～304) 馈电，且各个馈电结构完全一致，且具有相同的电长度。每个收发组件都包 括一个结构相同的发射通路也就是发射器和接收通路也就是接收机，每个收 发组件的发射通路(发射器)于放大和发送寻问信号，接收通路(接收机) 用于接收和放大应答信号，收发采用时分双工工作方式，采用脉冲调制射频 信号形式。收发组件的有源射频接口(42～45)与调制解调和数据处理模块2 连接，由于有源收发机与天线直接连接，连接损耗可以忽略不计，系统的发 射效率和接收灵敏度主要由收发组件的发射效率与接收灵敏度决定，后端模 块对射频系统性能影响微弱，因此收发组件与调制解调模块可采用损耗较大 的长电缆连接，调制解调部分的电路模块可以安装于飞机内部。
微带天线如图4所示，微带天线中第一辐射单元101、第二辐射单元102、 第三辐射单元103和第四辐射单元104分别为采用90度张角的扇形贴片天线， 贴片天线的边和角采用圆弧和曲线圆滑处理与圆盘平面29；每片贴片天线采 用四分之一的谐振方式，每片贴片天线地通过高阻窄线与圆盘平面29中心的 接地方块28相连；每片贴片天线的馈电点25位于其中心位置，与馈电同轴 线焊接。贴片天线的介质采用Roger4350B，介电常数3.66，厚度为0.508mm， 圆盘平面29直径165mm。
本实施例中，TCAS天线采用微带贴片(贴片天线)形式实现，每个贴片 天线的辐射单元(21-24)采用90度张角的扇形贴片实现，为保证良好的阻 抗匹配，贴片的边和角采用圆弧和曲线圆滑处理。为减小天线尺寸，贴片天 线采用四分之一的谐振方式，天线一端接地，本实施例中采用中心接地面的 接地方块28形式进行接地，接地方块28(也称中心接地面)通过四个紧固螺 钉27与下方金属结构连接，贴片天线通过高阻窄线与中心接地面连接。贴片 天线的馈电点25位于中心位置，与馈电同轴线焊接。贴片天线之间还留有介 质柱支撑的通孔，用于紧固螺丝固定。微带天线介质采用Roger4350B，介电 常数3.66，厚度为0.508mm，天线整体直径165mm，如图4所示。
TCAS天线底部馈电结构如图5所示，包含4个同轴馈电结构31-34、四 个支撑介质柱35、金属接地支撑块36。4个同轴馈电结构分别是，微带天线 单元1的馈电同轴芯线31，微带天线单元2的馈电同轴芯线32，微带天线单 元3的馈电同轴芯线33，微带天线单元4的馈电同轴芯线34；其中接地支撑 块可采用金属直接加工，也可采用工程塑料加工再表面镀镍实现。其它附图 标记，35是微带天线塑料支撑柱；36是微带天线金属接地支撑块；37是微带天线底金属板；38是天线罩紧固螺钉孔。
微带天线板29与馈电结构37通过4个同轴焊点和8个紧固螺丝41、42 完成电气和机械的连接，TCAS天线组装结构如图6所示，其中，6a为底面正 视图，6b为侧视图，6c为立体图。
圆盘(天线罩)采用石英纤维织物增强二氧化硅基复合材料加工制造， 其结构如图7所示，7a是截面图，7b是立体图。其碗型的外沿打有一系列螺 钉孔，通过螺钉与天线底部结构紧固。
天线的端口测试结果如图8所示，图中，三条曲线从上到下分别为驻波、 相邻单元隔离度、相对单元隔离度，可见单元天线的驻波在0.95～1.15GHz范 围内小于2，相邻端口隔离度达22dBc，相对端口隔离度达35dBc。设单元1 位于方位角0°，单元2位于方位角90°，单元3位于方位角180°(也即-180 °)，单元4位于方位角270°(也即-90°)，单元4天线方位面的辐射波瓣 图如图9所示，方位面最大增益约1dB，其他几个单元天线辐射方向图和增益完全一致。当各个天线单元馈电幅度相同、相位分别为90°、0°、90°、180 °时，天线的辐射方向图如图10所示，波瓣指向左方，增益为1dB；馈电相 位分别为0°、90°、180°、90°时，天线的辐射方向图如图11所示，波瓣 指向后方(机尾)；馈电相位分别为90°、180°、90°、0°时，天线的辐射 方向图如图12所示，波瓣指向右方；馈电相位分别为180°、90°、0°、90 °时，天线的辐射方向图如图13所示，波瓣指向前方(机头)。
本实施例中，射频有源收发机30如图14所示，射频有源收发机30中每 个收发组件包括由高功率收发开关切换317、316的接收通路和发射通路，高 功率收发开关为一个单刀双掷开关SDPT，射频有源收发机30包含四路相同射 频发射机(发射通路)和射频接收机(接收通路)，分别给四个天线单元馈电。 射频收发机采用时分双工工作模式，采用高功率收发开关切换接收通路或发 射通路。发射机工作时，射频信号经过单刀双掷开关选通发射链路，由驱动 放大器和功率放大器将射频功率放大至200W再经收发开关给天线馈电；接收机工作时，由天线接收的射频信号，经收发开关选通给接收链路的低噪声放 大器，再经驱动放大后由总端口输出。
如图14所示，发射通路包括将射频功率放大至200W的依次连接的发射 驱动放大器322和功率放大器321；接收通路包括低噪放大器314和接收驱动 放大器315；收发组件中还包括对发射驱动放大器322和功率放大器321的电 源控制装置，电源控制装置在所述的接收通路工作时，断开发射驱动放大器 322和功率放大器321的电源，接收机工作时，发射机各级放大器断电处理， 节省功耗。
本发明采用相控阵体制设计TCAS射频系统，对射频收发机的幅度和相位 一致性有严格要求。由于射频收发机采用较多的有源器件，造成射频系统的 幅度和相位会因工作环境温度不同而发生漂移，同时随着系统的长时间工作， 由于器件的老化也会造成射频链路幅相漂移。为解决这一问题，本发明采用 自校准通路，采用耦合器对发射链路和接收链路分别实现闭环自测，可以实 时监测发射链路和接收链路的幅相。校准后根据链路的幅度和相位特性，控 制各路独立的DDS对幅度和相位进行补偿，实现发射和接收精确的天线方向 图指向以及单脉冲精确测角。
本实施例中，收发开关选用PIN二极管构成，接收端和发射端各由两个 PIN构成，其间由四分之一波长的蛇形线连接。天线馈电点附近旁路一雷电泄 放二极管。发射链路由驱动放大器、功率放大器其以及谐波抑制滤波器组成， 接收链路由低噪声放大器、声表滤波器以及驱动放大器组成。校准通路在发 射链路的末端和接收链路的前端接入，通过多层电路板的底层回传至射频选 路开关，再统一输出。
在射频有源收发机30还包括采用耦合器对发射链路和接收链路分别实现 闭环自测的自校准通路；自校准通路包括一个工作于1030～1090MHz的三输出 的校准源50、分别用于测试发射通路和接收通路闭环回路的增益和相位的两 个幅相检测器57，校准源50和幅相检测器57通过单片机串口接主机，分别 实现发射通路校准链路和接收通路校准链路。如图15所示，自校准电路的核 心为校准频率源和幅相检测器，包含一个三输出的校准源(工作于 1030～1090MHz)、两个幅相检测器(分别用于测试发射链路和接收链路闭环回 路的增益和相位)。射频收发机正常工作时，三输出的校准源掉电静默处理， 防止其对射频收发机正常工作造成干扰。幅相检测器可同时测试环路的增益 和相位，其检测输出为直流电压，通过AD采样电路数字化，并通过单片机经 串口发送给主机进行最终的校准。左端的射频接口即为二次雷达射频收发机 总的射频输出口，整机共有四个，通过长电缆与机舱内部主机相连，右边三 个接口分别与射频收发机对应接口连接。
发射通路校准链路如图16所示，包括校准源50的第一路51、单刀双掷 开关56、发射通路、第一耦合器54、双刀双掷开关59；校准源50激活第一 路51输出经单刀双掷开关56送往发射通路，利用第一耦合器54耦合取样出 参考信号送往幅相检测器，与经过双刀双掷开关59回传的发射通路耦合信号 进行幅度和相位检测。本实施例中，为防止干扰，第二路52和第三路53输 出静默处理。
接收通路校准链路如图17所示，包括校准源50的第二路52和第三路53、 接收通路、双刀双掷开关59、第二耦合器55；所述的校准源50的第二路52 经双刀双掷开关59送往接收通路，经接收通路放大后由第二耦合器55耦合 取样往第二个幅相检测器，同相参的所述的校准源50的第三路53路信号进 行比较得到幅度和相位。本实施例中，为防止干扰，第一路51输出静默处理。
本实施例飞机防撞系统二次雷达射频收发机外形装配结构如图18所示， 主要包括四组射频收发机模块、校准电路和接口模块。四块射频收发机电路 板与标号分别对应的是：331对应射频收发机电路板1；332对应射频收发机 电路板2；333对应射频收发机电路板3；334对应射频收发机电路板4；
各个模块分别采用单独一个腔体，内部使用金属隔墙把控制、电源、射 频信号分开，避免信号之间的串扰。有源电路部分和天线部分分别设置在一 个腔体的正反两面，既能起到隔离作用又便于信号互联。在满足技术要求的 前提下，充分考虑其可靠性、稳定性和维修性。在经过结构上整体的热、刚 强度、抗振动、抗冲击及电磁兼容的设计技术进行加固后，具有良好的抗恶 劣环境工作性能，产品在多种性能超越业界技术水平。射频收发机采用盒体 散热，对发热量较大的器件采用与紫铜块焊接然后再与盒体紧密接触将其热 量传导到盒体上散热，在PCB元件布局的时候，充分考虑了系统的热分布。 对于电路板上发热集中的区域采用导热垫，从而保证了器件产生的热量能顺 利传导到金属盒体上，保证了有源收发机的正常稳定工作。
本实施例的关键点：
本发明TCAS天线与射频收发机一体化设计，其二次雷达体制简单，体积 和重量均较小，适合飞机装载；
天线和有源电路集成于同一模块，避免使用天线与有源电路之间的长电 缆，提高了发射机工作效率和接收灵敏度；
本发明采用微带贴片实现TCAS天线，四个天线单元在中心与菱形接地铜 皮连接，实现天线小型化设计，组装加工单，一致性高；
本发明采用冗余耦合通路实现TCAS射频收发机的自校准功能。
该关键技术与现有技术不同之处:
本发明TCAS天线与射频收发机一体化设计，不同于传统的二次雷达天线 与射频收发机分离的结构。
天线和有源电路分别分布于一块金属结构的两面，中间采用短同轴接头 直连。由于天线和有源电路连线短，射频发射机的输出功率几乎无损传输到 天线，提高了发射机工作效率，降低了功耗；同时天线接收的射频信号也可 无损的传输到射频接收机，提高了系统的接收灵敏度；传统的TCAS系统使用 长电缆连接天线与有源电路，影响其整机性能。
本发明采用微带贴片实现TCAS天线，四个天线单元在中心与菱形接地铜 皮连接，以此实现天线小型化设计，接地铜皮通过螺钉实现与地参考面的连 接；该方案具有结构简单，加工、组装一致性高等优点；传统的TCAS天线采 用接地杆方式实现小型化设计，工艺复杂。
本发明采用冗余耦合通路实现TCAS射频收发机的自校准功能，可以实时 的校准发射链路和接收链路的增益、相位等指标，解决了有源电路由于环境 温度变化或者长期使用导致的器件老化造成的信号幅度和相位漂移，消除了 系统通信和测向误差。，传统的TCAS收发机不具备实时校准功能。
与现有的技术比较，本实施例中TCAS天线与射频收发机一体化设计， 将天线和有源电路分别分布于一块金属结构的两面，中间采用短同轴接头直 连，射频发射机的输出功率几乎无损传输到天线，提高了发射机工作效率， 降低了功耗；同时天线接收的射频信号也可无损的传输到射频接收机，提高 了系统的接收灵敏度。本发明采用微带贴片实现TCAS天线，四个天线单元 在中心与菱形接地铜皮连接，以此实现天线小型化设计，接地铜皮通过螺钉 实现与地参考面的连接；该方案具有结构简单，加工、组装一致性高等优点； 本发明采用冗余耦合通路实现TCAS射频收发机的自校准功能，可以实时的 校准发射链路和接收链路的增益、相位等指标，消除了系统通信和测向误差。 本发明具有实现简单、成本低等优点，具有良好的应用价值。

Claims (9)

1.一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机，安装于飞机的机顶或机腹，包括TCAS天线(10)和射频有源收发机(30)；其特征在于：所述的TCAS天线(10)和射频有源收发机(30)集成于一个独立模块形成TCAS有源天线(1)；所述的TCAS天线(10)为具有至少一个辐射单元的微带天线，所述的射频有源收发机(30)包括与微带天线中辐射单元数量相等的收发组件，所述的收发组件中包括用于放大和发送寻问信号的发射机、用于接收和放大应答信号的接收机；所述的收发组件的两个有源射频接口分别接相应的辐射单元后续的调制解调和数据处理模块(2)中相应的处理通道。
2.根据权利要求1所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的微带天线中包括位于圆盘平面(29)上，等90度角中心对称排布的第一辐射单元(101)、第二辐射单元(102)、第三辐射单元(103)和第四辐射单元(104)；所述的第一辐射单元(101)正对飞机机头方向，第二辐射单元(102)和第四辐射单元(104)指向飞机两翼，第三辐射单元(103)对准飞机机尾；所述的射频有源收发机(30)包括结构完全一致、且具有相同的电长度的第一收发组件(301)、第三收发组件(302)、第三收发组件(303)和第四收发组件(304)；所述的第一辐射单元(101)接第一收发组件(301)的一个有源射频接口、所述的第二辐射单元(102)接第二收发组件(302)的一个有源射频接口、所述的第三辐射单元(103)接第三收发组件(303)的一个有源射频接口、所述的第四辐射单元(104)接第四收发组件(304)的一个有源射频接口。
3.根据权利要求2所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的微带天线中第一辐射单元(101)、第二辐射单元(102)、第三辐射单元(103)和第四辐射单元(104)分别为采用90度张角的扇形贴片天线，贴片天线的边和角采用圆弧和曲线圆滑处理与圆盘平面(29)；每片贴片天线采用四分之一的谐振方式，每片贴片天线地通过高阻窄线与圆盘平面(29)中心的接地方块(28)相连；每片贴片天线的馈电点(25)位于其中心位置，与馈电同轴线焊接。
4.根据权利要求3所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的贴片天线的介质采用Roger4350B，介电常数3.66，厚度为0.508mm，圆盘平面(29)直径165mm。
5.根据权利要求2所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的射频有源收发机(30)中每个收发组件包括由高功率收发开关切换的接收通路和发射通路，所述的高功率收发开关为一个单刀双掷开关。
6.根据权利要求5所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的发射通路包括将射频功率放大至200W的依次连接的发射驱动放大器(322)和功率放大器(321)；所述的接收通路包括低噪放大器(314)和接收驱动放大器(315)；所述的收发组件中还包括对发射驱动放大器(322)和功率放大器(321)的电源控制装置，所述的电源控制装置在所述的接收通路工作时，断开发射驱动放大器(322)和功率放大器(321)的电源。
7.根据权利要求6所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：还包括采用耦合器对发射链路和接收链路分别实现闭环自测的自校准通路；所述的自校准通路包括一个工作于1030～1090MHz的三输出的校准源(50)、分别用于测试发射通路和接收通路闭环回路的增益和相位的两个幅相检测器(57)，所述的校准源(50)和幅相检测器(57)通过单片机串口接主机，分别实现发射通路校准链路和接收通路校准链路。
8.根据权利要求7所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的发射通路校准链路包括校准源(50)的第一路(51)、单刀双掷开关(56)、发射通路、第一耦合器(54)、双刀双掷开(59)；校准源(50)激活第一路(51)输出经单刀双掷开关(56)送往发射通路，利用第一耦合器(54)耦合取样出参考信号送往幅相检测器，与经过双刀双掷开关(59)回传的发射通路耦合信号进行幅度和相位检测。
9.根据权利要求7所述的飞机防撞系统二次雷达射频收发机，其特征在于：所述的接收通路校准链路包括校准源(50)的第二路(52)和第三路(53)、接收通路、双刀双掷开关(59)、第二耦合器(55)；所述的校准源(50)的第二路(52)经双刀双掷开关(59)送往接收通路，经接收通路放大后由第二耦合器(55)耦合取样往第二个幅相检测器，同相参的所述的校准源(50)的第三路(53)路信号进行比较得到幅度和相位。
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