儀表著陸系統測試設備調制功放的設計

摘要：幅度調制和功放是儀表著陸系統測試設備必不可少的一部分。文章對其進行了初步的設計。通過對雙平衡混頻器的特殊應用，實現了調幅調制器。加了一級功放，并用ADS軟件仿真并設計了一個四階的低通濾波器。各項指標符合要求。
關鍵詞：儀表著陸系統；混頻器調制；幅度調制；功放

0 引言
一般調幅調制器都用模擬乘法器來實現，把混頻器用作調幅調制器的很少。
ILS(Instrument Landing System)儀表著陸系統是國際范圍內被廣泛運用于航空器進近和著陸的一種輔助導航設備，在國內的機場使用也相當普遍。這個系統由機載航向、下滑、指點信標接收機和地面航向、下滑、指點信標發射機組成，它為飛機提供對準跑道的航向信號和指導飛機下降的下滑道信號，再加上適當的距離指示信號，使飛機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，實現飛機的安全盲降。而儀表著陸系統的測試是ICNI設備的功能之一。ICNI(Integrated Communication／Navigation／Identificat ion)，全稱是綜合通訊導航辨認系統。調制功放是ICNI設備儀表著陸系統測試中發射單元的必不可少的一部分。

1 幅度調制的基本原理
設調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)
由于實現振幅調制后載波頻率保持不變，調幅波的振幅和調制信號成正比，設載波信號的初相位為0，則已調波的表達式為
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是調制幅度，Ucm是載波幅度，Ma是調制度，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。
如果調幅電壓所帶的負載為電阻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，調幅波輸出平均總功率不只是由載波功率決定的，還和調制度有關。載波功率一定時，總輸出功率隨著調制度的增大而增大。

2 混頻器調制和功放的設計與實現
雙平衡混頻器可以用作二極管低電平調幅電路，其原理可參照二極管環形調制器。這是雙平衡混頻器用作調幅調制器的特殊用法，和混頻器的普通用法不同，需要特殊應用。混頻器用作調幅調制器時，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。當然，接口方式不同，功能也就不同。
電路原理方框圖如圖1所示。

本文選用mini-circuits公司的ADE-1ASK來進行幅度調制。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壓縮點輸入功率為+1dBm。