基于ADS 的ILS 下滑天線分配單元分析

汪 斌，柳 靖

（民航江蘇空管分局技術保障部，南京 211113）

1 引言

下滑信標作為ILS 的重要組成部分，工作在UHF 頻段，頻率范圍為328.6-335.4MHz，共有40個信道，可為進近和著陸的飛機提供與地面成一定角度的下滑道（仰角）信息。目前投產(chǎn)的下滑信標大都采用雙頻發(fā)射機和M 型下滑天線系統(tǒng)以增強設備對于場地條件的適應性，同時彌補低角度覆蓋的不足。為滿足空間信號分布需求，Indra 公司在M 型NM3545下滑天線系統(tǒng)中專門設計了天線分配單元（ADU），使航道發(fā)射信號CSB、SBO 和差頻余隙發(fā)射信號CLR 按表1中的幅度比例和相位關系分配到上、中、下三幅天線。ADU 內部包含了可調節(jié)功分器和移相器，在設備投產(chǎn)前，必須在工作頻點上利用矢量網(wǎng)絡分析儀對其進行嚴格的調整。

表1 ADU信號分配關系表

2 ADU 工作原理

ADU 的原理圖如圖1所示[1]，主要由4端口混合耦合器、可調節(jié)功分器和可調節(jié)移相器組成。

圖1 ADU原理圖

4端口混合耦合器采用180°環(huán)形結構，相當于反向的功率分配器，實現(xiàn)了兩路射頻信號的疊加，端口隔離度超過30dB。在端口1、3饋入的功率傳輸?shù)蕉丝?，兩個輸入端口到輸出端口間的相位差為0，實現(xiàn)正向的功率合成。而端口4是反向合成的，在輸入信號相位相同的情況下，電壓分量相互抵消，在該輸出端無功率，只需接入50歐姆假負載。在混合耦合器前端加入一個帶有差分移相功能的功分器，差分移相實現(xiàn)了功分器兩個輸出通路的ejθ和e-jθ相移，幅度為A 的正弦波通過混合耦合器合成后，在2端口輸出Acosθ 信號，在4端口輸出Asinθ 信號，實現(xiàn)可變的功率分配，4端口和2端口的輸出幅度比為tanθ，依據(jù)tan信號的周期性原則，差分移相器兩端的電氣長度為180°+θ 和180°-θ。3個可調節(jié)移相器PH1-PH3可實現(xiàn)輸出端正確的相位關系。

3 ADS 建模及仿真

利用ADS 射頻仿真軟件對ADU 單元建模，進行S 參數(shù)仿真分析，設D1、D2、D3功分器中的差分相移為X1、X2、X3，PH1-PH3的相移分別為Y1、Y2、Y3。按照安裝手冊中的步驟對載波為330MHz的信道進行調節(jié)，最終得到的參數(shù)值如圖2中所示。

圖2 ADS仿真模型圖

S 參數(shù)仿真的結果如圖3、圖4所示，各輸出信號實現(xiàn)了表1中所要求的幅度的相位關系：

圖3 CSB信號（左）和CLR信號（右）仿真結果圖

圖4 SBO信號仿真結果圖

為保證在整個下滑設備工作頻段內能實現(xiàn)所需功能，ADU的混合耦合器和可調節(jié)功分器中引入了寬帶阻抗匹配設計，不可避免地帶來了一定的插入損耗，圖3、圖4中的仿真是基于理想傳輸線的情況，沒有考慮線損。對某機場在用的ADU 進行實測，幅度/相位關系符合表1中的要求，ADU 輸入的CSB 功率為3.7W，下天線輸出的CSB 功率為1.3W，損耗為-4.5dB，與仿真結果接近。

4 結束語

Indra 下滑ADU 采用混合耦合器、可調節(jié)功分器和可調節(jié)移相器實現(xiàn)了在328.6-335.4MHz 帶寬內的信號幅度/相位分配，其設計理念在實際應用中體現(xiàn)出了一定的靈活性，通過改變信號的幅度分配，犧牲一部分次要性能，可以保證設備主要性能達到使用標準。近年來，國內多個機場因進近面水平段（距離跑道入口8400m ～15000m）內有超出限制面高度的山體，造成余隙飛行校驗科目不合格，設備無法開放的現(xiàn)象[2]。結合M 型下滑天線空間場型分布，已證實通過調整圖2中的D2分配器，增加中天線輻射的SBO 功率，減小上下天線輻射的SBO 功率，在整體寬度不變的情況下，犧牲一部分寬度對稱性，使得下滑道下方的位移靈敏度增加，可使飛機截取所需信號的位置更靠近跑道入口，從而避開山體的影響。