下滑信標(biāo)天線輻射分析

彭釗騰

摘 要 本文簡要分析了下滑信標(biāo)天線的輻射場，為下滑信標(biāo)的天線故障檢修提供一種思路。

關(guān)鍵詞 下滑信標(biāo)；天線系統(tǒng)；衰減

目前全世界大多數(shù)民用機(jī)場都裝備了儀表著陸系統(tǒng)（ILS），該系統(tǒng)包括了航向信標(biāo)臺(tái)和下滑信標(biāo)臺(tái)，分別提供用于對準(zhǔn)著陸跑道中心線的航向信號(hào)和用于提供垂直引導(dǎo)的下滑信號(hào)，這兩種信號(hào)為飛機(jī)提供一條下滑道引導(dǎo)飛機(jī)安全地進(jìn)近著陸。本文主要分析下滑信標(biāo)中射頻信號(hào)強(qiáng)度對下滑道的影響。

下滑信標(biāo)與航向信標(biāo)頻率配對使用，其主要作用是給進(jìn)近和著陸的飛機(jī)提供沿著一定角度下降的信息，用來給飛機(jī)提供偏離下滑面的垂直引導(dǎo)信號(hào)。下滑天線由上中下三個(gè)天線振子組成，其中3個(gè)振子的掛高比為3：2：1，設(shè)上天線、中天線、下天線掛高分別為3H，2H，H。下滑天線輻射的信號(hào)波長為λ，信號(hào)接收點(diǎn)到下滑天線所成夾角為θ，θ?0為下滑角，CSB、SBO、CLR信號(hào)幅度分別為ACSB，ASBO，ACLR。

在調(diào)整好外部天線各振子的高度、水平位移和旋轉(zhuǎn)角度的條件下，射頻分配單元將CSB、SBO及CLR三路信號(hào)以上述分配關(guān)系分別送至上中下三個(gè)天線振子中，輻射到空中可以形成標(biāo)準(zhǔn)下滑角θ?0=3°的下滑信號(hào)。

根據(jù)上述分析用MATLAB軟件計(jì)算，對上中下三個(gè)天線陣子多次調(diào)整衰減值得到的輻射場型如下各圖所示。

對比正常的輻射場，當(dāng)上天線衰減3dB時(shí)，在空間輻射的CSB信號(hào)不受影響（因?yàn)樯咸炀€不輻射CSB信號(hào)）。在標(biāo)準(zhǔn)3度角，SBO信號(hào)增大，且90Hz信號(hào)占優(yōu)，實(shí)際下滑角減小了，將錯(cuò)誤引導(dǎo)飛機(jī)向下飛；在3度角以上，SBO信號(hào)與CSB信號(hào)都略有變化，將導(dǎo)致DDM變化，但對于飛機(jī)的引導(dǎo)方向不變；在3度角以下，在2度與3度之間SBO存在一個(gè)零值，將導(dǎo)致飛機(jī)找到錯(cuò)誤的下滑道。

當(dāng)中天線衰減3dB時(shí)，在3度角，CSB信號(hào)幅度不變，SBO信號(hào)幅度為0也不變，故此時(shí)DDM為0，下滑道位置仍在3度角；在3度角以上，CSB、SBO信號(hào)幅度都有變化，DDM會(huì)改變，但對飛機(jī)的引導(dǎo)方向不變；在3度角以下，2度位置SBO信號(hào)幅度為0，在這個(gè)角度DDM也為0，將產(chǎn)生另一個(gè)下滑道。

當(dāng)下天線衰減3dB時(shí)，在3度角，CSB信號(hào)幅度減小，SBO信號(hào)幅度不為0，150Hz占優(yōu)，將錯(cuò)誤引導(dǎo)飛機(jī)向上；在3度角以上，CSB幅度減小，SBO信號(hào)在3度和4度之間存在0值，且存在反相的過程，飛機(jī)在此角度之間將找到錯(cuò)誤的下滑道；在3度角以下，CSB信號(hào)在2度附近存在反相過程，但此時(shí)CLR信號(hào)幅度大于CSB信號(hào)，對飛機(jī)的引導(dǎo)方向不變。

為了驗(yàn)證在改變射頻信號(hào)強(qiáng)度的情形下的下滑道，以下是對深圳機(jī)場34#儀表著陸系統(tǒng)的下滑信標(biāo)臺(tái)進(jìn)行的一系列實(shí)際測試。通過分別對三個(gè)天線振子接入3db衰減來減弱天線信號(hào)強(qiáng)度，以當(dāng)測試設(shè)備外場信號(hào)變化時(shí)測量數(shù)值的變化情況，外場測試點(diǎn)取在監(jiān)控天線附近，利用外場測試儀PIR來接收信號(hào)，測得數(shù)據(jù)如下表所示：

由測試數(shù)據(jù)可知，當(dāng)下滑角偏低時(shí)，下滑道、上下半寬度的測試數(shù)值都會(huì)有不同程度的升高；當(dāng)上天線信號(hào)大幅減弱時(shí)，三個(gè)數(shù)值也會(huì)升高，尤其是下滑道，已超出塔尺的測量范圍；當(dāng)中天線信號(hào)大幅減弱時(shí)，下滑道沒有改變，但信號(hào)寬度變大，其中上半寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了塔尺測量范圍；當(dāng)下天線信號(hào)大幅減弱時(shí)，下滑道測量數(shù)值有較大減少。實(shí)際測試與理論分析一致，上述分析得到驗(yàn)證。

本文為下滑信標(biāo)天線系統(tǒng)故障現(xiàn)象的檢修提供了一種思路，當(dāng)下滑信標(biāo)設(shè)備測試參數(shù)出現(xiàn)試驗(yàn)中類似的現(xiàn)象時(shí)，技術(shù)人員可以從這個(gè)角度去考慮解決問題。