0 引 言

　　我国自20世纪50年代以来，与国际同步实施了www(世界天气监测)计划，逐步建立了www网。该网基本上是以短期预报所需要的各高度上的温、压、湿、风、云及辐射等观测资料为基础，通过多年的建设，已形成了地基和空基探测相结合的探测体系。提高天气预报准确率是气象部门的首要任务之一，为了达到此目的，预报必须向定时、定点和全程滚动的方向发展，使中期、短期、短时、临近预报的准确率均有提高。要做到这一点，需要高精度的观测资料，这也对气象探测接收机提出了更高要求。

　　由探空气球和气象传感器组成的探空仪，在上升过程中将大气层中40 km以下不同高度的气象数据(温度、湿度、气压、各种气体含量等)发送给地面，地面接收机接收探空仪发送的气象信息，通过气象监测网进入气象数据库，同时，工作人员对接收的各种数据进行分析。

　　传感器是探空仪的核心器件，它将各种气象信息变成电压信号，包含气象信息的电压信号再通过a/d转换，调制射频振荡器，最后带有气象信息的射频信号通过天线向地面传输。地面接收机接收和解调探空仪的射频信号，就得到了不同高度的气象信息。

1 发射机结构分析

　　探空仪属于耗材，不可能回收利用，因此要尽力降低成本。与本文接收机配套使用的探空仪射频振荡回路结构简单，便于降低生产成本。

1.1 振荡电路

　　电感三点式振荡电路，晶体管的b、c极极问电容ci与电感l1、电感l2构成lc振荡回路，其中电感是利用晶体管的引线。

振荡频率f0为：

　　式中：m为l1、l2之间的互感，很小；ca为天线引入的电容。
　　
　　当有物体靠近天线时，天线的辐射阻抗发生变化，相应的ca有微小变化，最终导致振荡频率对周围物体的敏感(负载牵引)。忽略m、ca，得到振荡频率f0：

　　射频信号通过可变电容由天线辐射出去。

1.2 调制电路

　　传感器输出的模拟气象信息经过a/d转换得到ttl电平；数字0、1电平经过分压，加到振荡晶体管的b、c极上，改变b、c反相偏压，进而改变节电容cj，调制振荡器的射频输出，实现fsk(频移键控)调制。

　　数字基带信号是异步串口格式，1.2 kbit/s的波特率，每隔1.5 s发送一帧，每帧历时0.2 s，格式如图3所示(此处是通过反相器后的数据)。

　　晶体管的pn结结问电容与加在结上的反相电压关系如下：

　　式中：cj0为零偏压时的结间电容；vr为反偏电压；φ0为势垒电压；γ为常数，通常取0.5。

　　ttl电平经过分压后幅度为50 mv(峰-峰)，加到晶体管的基极上，调节晶体管的cj极问电容gj，从而调节lc回路的谐振频率，实现fsk调制。通过计算，ttl高低电平对应的频差约500 khz，与实际用频谱仪观察到的一致。

2 接收机设计

　　发射机振荡频率在1 680 mhz左右，产品频率偏差达到15 mhz，而且在升空过程中温度逐步下降，振荡频率会缓慢地漂移，此外，由于电源波动，频率可能突然抖动。因此，要求接收机能实现15 mhz的扫频，捕获、跟踪信号，同时在不干扰数据解调的前提下消除频率抖动(瞬时频率抖动达200 khz)。

　　根据发射机信号特性，本文设计了一款超外差数字模拟fsk、fm调频两用接收机，兼容国产gts1型和vaisala公司rs-80型探空仪。

　　接收机采用两级变频，第一本振模块频率固定在1 230 mhz，将信号下变频为450 mhz频段；第二本振模块为ⅳ分频pll(锁相环)，受单片机mps430f1232控制，用于跟踪射频信号的变化，消除信号频率抖动和温漂，从而稳定第二中频。

2.1 低噪声放大器和第一混频器
　　探空仪向地面发送信号，近似电磁波在自由空间传播，地面接收的信号强度sr为：

　　式中：pt为发射机的发射功率；gt、gr分别为发射天线和接收天线的增益；d为电磁波传播距离；λ为载频的波长。

　　代人数据，计算出当发射机离地面100 km时，地面接收到的信号约为-100 dbm。

　　接收到的噪声功率pn为：

　　式中：k为波尔兹曼常数；b为第二中频带宽；t为天线噪声温度。

　　链路计算时可以假设t为290 k，则进入低噪声放大器的噪声功率约为-117 dbm，联系到前面计算的接收信号强度，当探空仪距离地面100 km时，地面接收到的信号载噪比为17 db。

　　为了降低混频器引入的噪声，提