基于ADS 的ILS 下滑天线分配单元分析

汪 斌，柳 靖

（民航江苏空管分局技术保障部，南京 211113）

1 引言

下滑信标作为ILS 的重要组成部分，工作在UHF 频段，频率范围为328.6-335.4MHz，共有40个信道，可为进近和着陆的飞机提供与地面成一定角度的下滑道（仰角）信息。目前投产的下滑信标大都采用双频发射机和M 型下滑天线系统以增强设备对于场地条件的适应性，同时弥补低角度覆盖的不足。为满足空间信号分布需求，Indra 公司在M 型NM3545下滑天线系统中专门设计了天线分配单元（ADU），使航道发射信号CSB、SBO 和差频余隙发射信号CLR 按表1中的幅度比例和相位关系分配到上、中、下三幅天线。ADU 内部包含了可调节功分器和移相器，在设备投产前，必须在工作频点上利用矢量网络分析仪对其进行严格的调整。

表1 ADU信号分配关系表

2 ADU 工作原理

ADU 的原理图如图1所示[1]，主要由4端口混合耦合器、可调节功分器和可调节移相器组成。

图1 ADU原理图

4端口混合耦合器采用180°环形结构，相当于反向的功率分配器，实现了两路射频信号的叠加，端口隔离度超过30dB。在端口1、3馈入的功率传输到端口2，两个输入端口到输出端口间的相位差为0，实现正向的功率合成。而端口4是反向合成的，在输入信号相位相同的情况下，电压分量相互抵消，在该输出端无功率，只需接入50欧姆假负载。在混合耦合器前端加入一个带有差分移相功能的功分器，差分移相实现了功分器两个输出通路的ejθ和e-jθ相移，幅度为A 的正弦波通过混合耦合器合成后，在2端口输出Acosθ 信号，在4端口输出Asinθ 信号，实现可变的功率分配，4端口和2端口的输出幅度比为tanθ，依据tan信号的周期性原则，差分移相器两端的电气长度为180°+θ 和180°-θ。3个可调节移相器PH1-PH3可实现输出端正确的相位关系。

3 ADS 建模及仿真

利用ADS 射频仿真软件对ADU 单元建模，进行S 参数仿真分析，设D1、D2、D3功分器中的差分相移为X1、X2、X3，PH1-PH3的相移分别为Y1、Y2、Y3。按照安装手册中的步骤对载波为330MHz的信道进行调节，最终得到的参数值如图2中所示。

图2 ADS仿真模型图

S 参数仿真的结果如图3、图4所示，各输出信号实现了表1中所要求的幅度的相位关系：

图3 CSB信号（左）和CLR信号（右）仿真结果图

图4 SBO信号仿真结果图

为保证在整个下滑设备工作频段内能实现所需功能，ADU的混合耦合器和可调节功分器中引入了宽带阻抗匹配设计，不可避免地带来了一定的插入损耗，图3、图4中的仿真是基于理想传输线的情况，没有考虑线损。对某机场在用的ADU 进行实测，幅度/相位关系符合表1中的要求，ADU 输入的CSB 功率为3.7W，下天线输出的CSB 功率为1.3W，损耗为-4.5dB，与仿真结果接近。

4 结束语

Indra 下滑ADU 采用混合耦合器、可调节功分器和可调节移相器实现了在328.6-335.4MHz 带宽内的信号幅度/相位分配，其设计理念在实际应用中体现出了一定的灵活性，通过改变信号的幅度分配，牺牲一部分次要性能，可以保证设备主要性能达到使用标准。近年来，国内多个机场因进近面水平段（距离跑道入口8400m ～15000m）内有超出限制面高度的山体，造成余隙飞行校验科目不合格，设备无法开放的现象[2]。结合M 型下滑天线空间场型分布，已证实通过调整图2中的D2分配器，增加中天线辐射的SBO 功率，减小上下天线辐射的SBO 功率，在整体宽度不变的情况下，牺牲一部分宽度对称性，使得下滑道下方的位移灵敏度增加，可使飞机截取所需信号的位置更靠近跑道入口，从而避开山体的影响。