儀表著陸系統(tǒng)測試設(shè)備調(diào)制功放的設(shè)計方案

　　幅度調(diào)制和功放是儀表著陸系統(tǒng)測試設(shè)備必不可少的一部分。文章對其進(jìn)行了初步的設(shè)計。通過對雙平衡混頻器的特殊應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了調(diào)幅調(diào)制器。加了一級功放，并用ADS軟件仿真并設(shè)計了一個四階的低通濾波器。各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

　　0 引言

　　一般調(diào)幅調(diào)制器都用模擬乘法器來實(shí)現(xiàn)，把混頻器用作調(diào)幅調(diào)制器的很少。

　　ILS（Instrument Landing System）儀表著陸系統(tǒng)是國際范圍內(nèi)被廣泛運(yùn)用于航空器進(jìn)近和著陸的一種輔助導(dǎo)航設(shè)備，在國內(nèi)的機(jī)場使用也相當(dāng)普遍。這個系統(tǒng)由機(jī)載航向、下滑、指點(diǎn)信標(biāo)接收機(jī)和地面航向、下滑、指點(diǎn)信標(biāo)發(fā)射機(jī)組成，它為飛機(jī)提供對準(zhǔn)跑道的航向信號和指導(dǎo)飛機(jī)下降的下滑道信號，再加上適當(dāng)?shù)木嚯x指示信號，使飛機(jī)能在低的能見度和惡劣天氣條件下借助這些儀表提供的信號指示安全著陸，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的安全盲降。而儀表著陸系統(tǒng)的測試是ICNI設(shè)備的功能之一。 ICNI（Integrated Communication/Navigation/Identificat ion），全稱是綜合通訊導(dǎo)航辨認(rèn)系統(tǒng)。調(diào)制功放是ICNI設(shè)備儀表著陸系統(tǒng)測試中發(fā)射單元的必不可少的一部分。

　　1 幅度調(diào)制的基本原理

　　設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的余弦波，有

　　Ua（t）=（Uam*Cos（2πfa*t） （1）

　　載波信號為

　　Uc（t）=（Ucm*Cos（2πfc*t） （2）

　　由于實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制后載波頻率保持不變，調(diào)幅波的振幅和調(diào)制信號成正比，設(shè)載波信號的初相位為0，則已調(diào)波的表達(dá)式為

　　UAM=Ucm*［（1+Ma*Cos（2πfa*t+ψ）］*Cos（2πfc*t）

　　=Ucm*Cos（2πfc*t）+Ma*Ucm*Cos［2π（fc+fa）*t+ψ］/2+Ma*Ucm*Cos［2π（fc-fa）*t-ψ］/2 （3）

　　其中UAM是調(diào)制幅度，Ucm是載波幅度，Ma是調(diào)制度，fa是音頻信號的頻率，ψ是音頻信號的初相位，fc是載波信號的頻率，t是時間。

　　如果調(diào)幅電壓所帶的負(fù)載為電阻R，則載波功率為

　　P0=Ucm2/2R （4）

　　邊頻功率為

　　P1=P2=（Ma*Ucm/2）2/2R=（Ma2/4）*P0 （5）

　　調(diào)幅波輸出的平均總功率為

　　P總=P0+P1+P2=（1+Ma2/2）*P0 （6）

　　式（6）表明，調(diào)幅波輸出平均總功率不只是由載波功率決定的，還和調(diào)制度有關(guān)。載波功率一定時，總輸出功率隨著調(diào)制度的增大而增大。

　　2 混頻器調(diào)制和功放的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

　　雙平衡混頻器可以用作二極管低電平調(diào)幅電路，其原理可參照二極管環(huán)形調(diào)制器。這是雙平衡混頻器用作調(diào)幅調(diào)制器的特殊用法，和混頻器的普通用法不同，需要特殊應(yīng)用。混頻器用作調(diào)幅調(diào)制器時，射頻信號從RF（射頻）端口輸入，音頻信號從IF（中頻）端口輸入，調(diào)制信號從LO（本振）端口輸出。而用作混頻器時，輸入信號是從RF和LO端口輸入，IF端口作為輸出。這是主要的不同。當(dāng)然，接口方式不同，功能也就不同。

　　本文選用mini-circuits公司的ADE-1ASK來進(jìn)行幅度調(diào)制。ADE-1ASK是一種雙平衡混頻器，LO功率為+7dBm時，LO和RF端口輸入頻率范圍為2~600MHz，IF端口輸入頻率范圍為DC~600MHz，完全覆蓋航向和下滑頻段（航向頻段為108~112MHz，下滑頻段為328~336MHz），音頻信號為90Hz和150Hz的合成信號，也滿足IF端口的輸入條件。該混頻器的1dB壓縮點(diǎn)輸入功率為+1dBm. 音頻信號要疊加上DC，因此通過加法器結(jié)合，為了調(diào)試方便，在輸入處各自放一個電位器來實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)。其中，加法器中的運(yùn)放選用MC1458I.在各端口間都做一些濾波處理。

　　功放管選擇mini-circuits公司的ERA-8SM+，該功放管是單片放大器，頻率DC~2GHz，增益為+31.5dB，1dB壓縮點(diǎn)輸出功率為+12.5dBm 3.7V供電，兩端口為50Ω內(nèi)部匹配阻抗。

　　接著用ADS軟件仿真并設(shè)計了一個四階的低通濾波器，用于抑制二次諧波和三次諧波。

　　航向電路和下滑電路的頻段不同，它們的主要區(qū)別是濾波網(wǎng)絡(luò)。不同的元件值分別為：航向電路中，L1=L4=L5=L6=L7=68nH，C3=C4=C14=C18=39pF，C15=C16=C17=82 pF;下滑電路中，L1=L4=L5=L6=L7=1 8nH， C3=C4=C14=C18=12pF，C15=C16 =C17=27pF.

　　3 調(diào)試與測試結(jié)果

　　電路板裝配完成后，經(jīng)過一些調(diào)試，常溫條件下測得的結(jié)果如下：

　　通過Agilent的DSO6034A示波器觀測，音頻信號與DC的大小必須搭配合適才能保證調(diào)制波形不失真，DC輸入在40~60mV之間為最佳，音頻信號一般在200mVp-p（峰峰值）以內(nèi)。由Agilent的E4417A功率計測得，輸出功率為+6dBm，平坦度在0.5dB以內(nèi)。通過單位自制的ILS/VOR/MKR信號分析儀測得，不失真情況下，幅度調(diào)制深度能達(dá)到90%以上。由 Agilent的E4407B頻譜儀測得，二次諧波抑制達(dá)到-80dB以下，三次諧波抑制達(dá)到-90dB以下。

　　4 結(jié)論

　　本文用混頻器實(shí)現(xiàn)了調(diào)幅調(diào)制器的功能，驗(yàn)證了這種方案的可行性。實(shí)現(xiàn)了儀表著陸系統(tǒng)測試儀航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)的90Hz和150Hz的音頻幅度調(diào)制，不失真情況下調(diào)制深度能達(dá)到90%以上；實(shí)現(xiàn)了航向和下滑信標(biāo)調(diào)制信號的功率放大，輸出功率+6dBm;常溫測試的平坦度0.5dB以內(nèi)；諧波抑制達(dá)到-80dB以下。指標(biāo)滿足儀器要求。