摘 要： 介紹遙測中的調頻技術和IRIG標準，說明了IRIG－E標準FM－FM調頻解調器的原理。主要對其中起關鍵作用的濾波器設計作了比較詳細的說明，同時也介紹了有關的一些產品和設計思路。
關鍵詞： IRIG標準 FM解調 有源濾波器
各元件的取值可如下進行設計：
長期以來，在無線電遙測系統中，人們習慣采用頻分制和時分制兩種行之有效的復用方法。目前，國內的遙測設備也都采用這兩種復用方法。由于數字技術的高速發展，時分多路復用得到了越來越廣泛的應用，提出了各種各樣的實用方法。但是，FM－FM頻分遙測體制也以它獨特的優點而獲得廣泛的應用。特別是在中容量，速變信號測試中顯示了它的生命力。
FM－FM系統的主要優點是抗干擾能力強，各通道的獨立性強，系統構成靈活、方便，能傳輸連續信號和速變信號等。FM一個顯著的優點是，在一個限定的無線信道帶寬上，在相同的數據通道下，FM的容量是PCM的兩倍。如果一個遙測系統只有幾個通道(比如15或20個通道)，使用FM方式的造價要比PCM低[1]。
IRIG委員會在FM的標準中規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]。我們所研制的解調器即為IRIG－CBW－E標準，通道中心頻率分別為128kHz，256kHz，384kHz，512kHz，640kHz和768kHz，頻偏32kHz。調制頻率的范圍為100Hz～25kHz。
由于PLL鎖相環電路具有很好的調制跟蹤特性，所以目前一般的FM解調器都采用PLL電路來進行解調。各種PLL集成電路的特性較好，同時調試也非常方便。在接收機解調系統中，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頻解調能力。在中心頻率低的三個通道的解調性能比較好。CD4046的中心頻率可以達到1MHz以上，可用于解調中心頻率高的三個通道。
解調電路的結構如下圖1所示。
R1、R2和C構成PLL的環路濾波器。在電路設計中，環路濾波器的設計比較重要，有關此方面的設計方法可參考[3]。
1 分路濾波器
分路濾波器用來從輸入的復用信號即多路和信號中分選出每一路調頻信號。應盡量濾除其他通道的影響。分路濾波器的中心頻率對應為通道的副載頻。由于它的性能直接影響到解調輸出的信號質量，所以在解調系統中，這一環節的設計非常重要。
分路濾波器采用對偶放大器帶通(DABP)電路結構，每一節濾波器電路階次為2，每一通道的分路濾波器由4個帶通濾波器節即8階濾波器構成，每一節電路圖如圖2所示。
該電路與其他包含兩個放大器的電路相比，可以得到關于Q值的良好性能，且靈敏度低、適應性強。其傳遞函數由下式給出：
C是任意的，R4＝R5選擇為任意合適的值(比如10kΩ)。
如果兩個放大器的帶寬幾乎相等，則Q值偏離設計值極小。由于兩個放大器相互之間能很好的匹配，所以每個濾波器節可使用對偶放大器。
這一電路一個非常好的特性在于諧振頻率和Q值可以獨立地調整。調整時，首先調節R2使諧振頻率為fr，然后調節電阻R1使Q值為要求值而不影響諧振頻率。
對偶放大器帶通電路對設計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值容易調整，元件值范圍小。
在實際應用中，還要在上述電路后加放大電路。以便調整輸出增益。
根據我們試驗的結果，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定。
用此電路構成的8階帶通濾波器具體采用巴特沃思、切比雪夫或橢圓函數濾波器的形式，應視具體情況而定。我們所用的是巴特沃思型，這是因為考慮到線性相位的問題。同時在設計過程中，可以利用文獻[4]中的公式和表格進行設計，但目前有一些現成的濾波器設計軟件都能完成此功能。我們使用的是Linear公司產品光盤中所附帶的FCAD軟件。關于此軟件的使用可參考相關說明。每個通道分路濾波器各級的中心頻率和Q值也不再列出。
如果對應的帶通濾波器中心頻率低于300kHz，推薦使用MAX275，該芯片為連續時間模擬濾波器。設計比較簡單，只需連接少量的電位器和固定電阻，同時也有相應的濾波器設計軟件。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，電路的體積就會減少很大一部分。
2 輸出低通濾波器
PLL進行FM的鎖相解調之后。要減少各次諧波失真，所以要經過低通濾波器。由于解調輸出信號的頻率一般都比較低，所以使用開關電容濾波器就可以非常好地實現所要求的指標。目前生產開關電容濾波器的廠家比較多，其中Linear的產品范圍比較廣，性能也比較好。我們使用的是Maxim的8階巴特沃思型開關電容濾波器MAX295，它的時鐘比為50:1，因而對應24kHz截至頻率必須提供1.2MHz的時鐘源。原理圖如圖3。
由于開關電容濾波器MAX295輸出信號增益為1，要滿足最大頻偏時對應相應的信號電壓幅度，必須加一級放大。這時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限增益多反饋(MFB)低通濾波器電路。只有1節，共2階。MFB 2階低通濾波器節原理圖如圖4所示。
因為此電路有通過C1和R2的兩個反饋支路，又因為在這里運算放大器是作為無限增益部件用，所以稱為無限增益多通路反饋低通濾波器。該濾波器有反相(負)增益R2/R1，因而適用于在ω＝0附近要求有180°相移的場合。它的優點是所用的網絡元件少，特性穩定，輸出阻抗低。由于這部分的濾波器截至頻率可以稍大一些，所以對于增益的調節可以通過調整R2和R1的比值得到。
參考文獻
1 O.J.Strock著，齊連普等譯.新一代計算機遙測系統.北京：航空工業出版社，1991
2 程吉寬,張鳴瑞,郭建邦編.遙控遙測系統.北京：國防工業出版社，1981
3 萬心平,張厥盛,鄭繼禹.鎖相技術.西安：西安電子科技大學出版社，1991
4 阿瑟.B.威廉斯著，喻春軒等譯.電子濾波器設計手冊.北京：電子工業出版社，1986
5 Analog Devices,Inc.,Amplifier Reference Manual.1992
6 Maxim,Inc.,New Release Data Book.1996