MK10型下滑設備中天線故障分析

鐘允

摘 要：MK10型下滑天線系統屬于M型（雙頻捕獲效應）天線系統。通過下滑設備理想輻射場型的計算，來分析中天線故障帶來的輻射場型的變化以及對監控部分的影響。

關鍵詞：M型天線系統 捕獲效應 場型

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0013-02

1 MK10型下滑設備理想輻射的場型

珠海機場儀表著陸系統采用美國WILCOX公司生產的MK10型設備，下滑天線系統屬于M型（雙頻捕獲效應），其天線系統有CSB、SBO、CLR 3種射頻信號，對應于上、中、下天線的幅度和相位分配如表1所示。

對于M型天線系統而言，其輻射CSB、SBO、CLR信號的場強計算如下：

對照表1可以看出：公式（1）中，第一、二項分別為下、中天線CSB輻射場強表達式；公式（2）中，第一、二、三項分別為下、中、上天線的SBO輻射場強表達式；公式（3）中，第一、二項分別為下、上天線CLR輻射場強表達式。

一般情況下，下滑角設計為=3°，以橫軸X=，縱軸Y=E（），根據公式（1）～（3）繪制出M型下滑設備的理想場型圖如圖1所示。

在低角度區域（1°以下范圍）CLR信號強度遠遠大于CSB信號并且兩者之間設有頻差，根據捕獲效應原理，機載接收機接收CSB和CLR信號中較強的CLR信號作為主導信號，抑制了CSB信號。而MK10型下滑CLR的調制信號只有150 Hz，所以給飛機一個向上飛的指示（150 Hz占優），這就是M型天線系統中CLR的作用。

在下滑道（=3°）上SBO場強為0，調制度差DDM取決于CSB的90 Hz和150 Hz調制度，而90Hz和150Hz調制度相等，故DDM=0；下滑道下方，雖然CSB的90 Hz和150 Hz調制度相等，但是對于SBO場型，90 Hz和150 Hz的相位相反，此時為+150 Hz和-90 Hz。SBO的+150 Hz加強了下滑道下方150 Hz信號，而-90 Hz削弱了90 Hz信號，形成了150 Hz>90 Hz的結果；在下滑道上方的情況恰好相反，為90 Hz>150 Hz。

2 MK10型下滑設備中天線故障時的輻射場型

由于中天線饋入的射頻信號包括CSB和SBO，因此，中天線故障必然改變CSB和SBO的輻射場型。下面根據中天線故障時信號幅度衰減程度的不同，分別繪制信號幅度衰減為正常值的一半和衰減為0的輻射場型圖，來分析中天線故障帶來的場型變化趨勢。

（1）當中天線的信號幅度衰減為正常值的一半時，信號場型如圖2所示，此時公式（1）、（2）中表達式第二項的系數分別為0.25和0.5。

（2）當中天線的信號幅度衰減為0時，信號場型如圖3所示，此時公式（1）、（2）中表達式第二項的系數都為0。

對比圖1～3，可以發現中天線故障時輻射場型變化的特點：

①CLR信號沒有變化。

②在下滑道（3°）上，CSB的幅度無變化，SBO的場強都為0，調制度差DDM=0。

③在3°角以上，隨著中天線信號的減弱，CSB和SBO的信號幅度變小，相位特性沒有變化。

④在低角度區域，隨著中天線信號的減弱，CSB的場強逐漸增大，當中天線信號為0時，CSB信號強度完全超過了CLR信號。這帶來的結果就是飛機在低角度區域很難收到甚至根本收不到CLR信號，即不能給飛機提供上飛指示，容易觸發近地告警。

⑤在3°角以下，隨著中天線信號幅度的減弱，SBO在下滑道下方出現反相點：如圖2中的=2°，SBO場強為0，在2°以下出現了90 Hz占優（而本應該150 Hz占優）的情況。嚴重時（如圖3），下滑道下方SBO完全反相，此時除了3°角之外都是90 Hz占優，飛機始終收到下飛的信號，進而觸發近地告警。

3 中天線故障對監控部分的影響

對于MK10型下滑設備而言，上天線取樣信號（CLR+SBO）經過移相器調整相位后，在混合器中抵消掉下天線取樣信號（CSB+SBO+CLR）中的SBO和CLR信號，從而獲得下天線CSB信號。此CSB信號分為兩路，一路作為航道檢測，另一路與經過相位調整的中天線取樣信號（SBO+CSB）進行比較得出寬度DDM。余隙信號的檢測則是由上天線取樣信號與CSB取樣信號混頻獲得。

由此可見，當中天線故障，若其他組件都正常時，下滑寬度會出現變化，而航道和余隙信號則正常。

4 結語

上述的場型是基于理想狀態下遠場的輻射圖進行分析的。在實際情況下，下滑設備輻射的場型可能受到場地、天線掛高，天線偏移、障礙物等等的影響，實際場型存在偏差，但是中天線故障帶來的場型變化與上述分析是一致的。

隨著中天線信號的減弱，SBO信號在下滑道下方出現反相點；嚴重時，在下滑道下方SBO信號完全反相，且CSB信號強度大于CLR信號強度。這會導致飛機在錯誤的信號引導下，始終向下偏離正常下滑道，進而觸發近地告警。而設備監控器顯示的下滑寬度會隨之變化，但是航道DDM與余隙信號不一定會變化。

參考文獻

[1] 陳果.ILS下滑捕獲效應天線饋電的分析[J].企業技術開發，2010（5）：12-14.

[2] MK10下滑設備使用說明書[Z].1995.

摘 要：MK10型下滑天線系統屬于M型（雙頻捕獲效應）天線系統。通過下滑設備理想輻射場型的計算，來分析中天線故障帶來的輻射場型的變化以及對監控部分的影響。

關鍵詞：M型天線系統 捕獲效應 場型

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0013-02

1 MK10型下滑設備理想輻射的場型

珠海機場儀表著陸系統采用美國WILCOX公司生產的MK10型設備，下滑天線系統屬于M型（雙頻捕獲效應），其天線系統有CSB、SBO、CLR 3種射頻信號，對應于上、中、下天線的幅度和相位分配如表1所示。

對于M型天線系統而言，其輻射CSB、SBO、CLR信號的場強計算如下：

對照表1可以看出：公式（1）中，第一、二項分別為下、中天線CSB輻射場強表達式；公式（2）中，第一、二、三項分別為下、中、上天線的SBO輻射場強表達式；公式（3）中，第一、二項分別為下、上天線CLR輻射場強表達式。

一般情況下，下滑角設計為=3°，以橫軸X=，縱軸Y=E（），根據公式（1）～（3）繪制出M型下滑設備的理想場型圖如圖1所示。

在低角度區域（1°以下范圍）CLR信號強度遠遠大于CSB信號并且兩者之間設有頻差，根據捕獲效應原理，機載接收機接收CSB和CLR信號中較強的CLR信號作為主導信號，抑制了CSB信號。而MK10型下滑CLR的調制信號只有150 Hz，所以給飛機一個向上飛的指示（150 Hz占優），這就是M型天線系統中CLR的作用。

在下滑道（=3°）上SBO場強為0，調制度差DDM取決于CSB的90 Hz和150 Hz調制度，而90Hz和150Hz調制度相等，故DDM=0；下滑道下方，雖然CSB的90 Hz和150 Hz調制度相等，但是對于SBO場型，90 Hz和150 Hz的相位相反，此時為+150 Hz和-90 Hz。SBO的+150 Hz加強了下滑道下方150 Hz信號，而-90 Hz削弱了90 Hz信號，形成了150 Hz>90 Hz的結果；在下滑道上方的情況恰好相反，為90 Hz>150 Hz。

2 MK10型下滑設備中天線故障時的輻射場型

由于中天線饋入的射頻信號包括CSB和SBO，因此，中天線故障必然改變CSB和SBO的輻射場型。下面根據中天線故障時信號幅度衰減程度的不同，分別繪制信號幅度衰減為正常值的一半和衰減為0的輻射場型圖，來分析中天線故障帶來的場型變化趨勢。

（1）當中天線的信號幅度衰減為正常值的一半時，信號場型如圖2所示，此時公式（1）、（2）中表達式第二項的系數分別為0.25和0.5。

（2）當中天線的信號幅度衰減為0時，信號場型如圖3所示，此時公式（1）、（2）中表達式第二項的系數都為0。

對比圖1～3，可以發現中天線故障時輻射場型變化的特點：

①CLR信號沒有變化。

②在下滑道（3°）上，CSB的幅度無變化，SBO的場強都為0，調制度差DDM=0。

③在3°角以上，隨著中天線信號的減弱，CSB和SBO的信號幅度變小，相位特性沒有變化。

④在低角度區域，隨著中天線信號的減弱，CSB的場強逐漸增大，當中天線信號為0時，CSB信號強度完全超過了CLR信號。這帶來的結果就是飛機在低角度區域很難收到甚至根本收不到CLR信號，即不能給飛機提供上飛指示，容易觸發近地告警。

⑤在3°角以下，隨著中天線信號幅度的減弱，SBO在下滑道下方出現反相點：如圖2中的=2°，SBO場強為0，在2°以下出現了90 Hz占優（而本應該150 Hz占優）的情況。嚴重時（如圖3），下滑道下方SBO完全反相，此時除了3°角之外都是90 Hz占優，飛機始終收到下飛的信號，進而觸發近地告警。

3 中天線故障對監控部分的影響

對于MK10型下滑設備而言，上天線取樣信號（CLR+SBO）經過移相器調整相位后，在混合器中抵消掉下天線取樣信號（CSB+SBO+CLR）中的SBO和CLR信號，從而獲得下天線CSB信號。此CSB信號分為兩路，一路作為航道檢測，另一路與經過相位調整的中天線取樣信號（SBO+CSB）進行比較得出寬度DDM。余隙信號的檢測則是由上天線取樣信號與CSB取樣信號混頻獲得。

由此可見，當中天線故障，若其他組件都正常時，下滑寬度會出現變化，而航道和余隙信號則正常。

4 結語

上述的場型是基于理想狀態下遠場的輻射圖進行分析的。在實際情況下，下滑設備輻射的場型可能受到場地、天線掛高，天線偏移、障礙物等等的影響，實際場型存在偏差，但是中天線故障帶來的場型變化與上述分析是一致的。

隨著中天線信號的減弱，SBO信號在下滑道下方出現反相點；嚴重時，在下滑道下方SBO信號完全反相，且CSB信號強度大于CLR信號強度。這會導致飛機在錯誤的信號引導下，始終向下偏離正常下滑道，進而觸發近地告警。而設備監控器顯示的下滑寬度會隨之變化，但是航道DDM與余隙信號不一定會變化。

參考文獻

[1] 陳果.ILS下滑捕獲效應天線饋電的分析[J].企業技術開發，2010（5）：12-14.

[2] MK10下滑設備使用說明書[Z].1995.

摘 要：MK10型下滑天線系統屬于M型（雙頻捕獲效應）天線系統。通過下滑設備理想輻射場型的計算，來分析中天線故障帶來的輻射場型的變化以及對監控部分的影響。

關鍵詞：M型天線系統 捕獲效應 場型

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0013-02

1 MK10型下滑設備理想輻射的場型

珠海機場儀表著陸系統采用美國WILCOX公司生產的MK10型設備，下滑天線系統屬于M型（雙頻捕獲效應），其天線系統有CSB、SBO、CLR 3種射頻信號，對應于上、中、下天線的幅度和相位分配如表1所示。

對于M型天線系統而言，其輻射CSB、SBO、CLR信號的場強計算如下：

對照表1可以看出：公式（1）中，第一、二項分別為下、中天線CSB輻射場強表達式；公式（2）中，第一、二、三項分別為下、中、上天線的SBO輻射場強表達式；公式（3）中，第一、二項分別為下、上天線CLR輻射場強表達式。

一般情況下，下滑角設計為=3°，以橫軸X=，縱軸Y=E（），根據公式（1）～（3）繪制出M型下滑設備的理想場型圖如圖1所示。

在低角度區域（1°以下范圍）CLR信號強度遠遠大于CSB信號并且兩者之間設有頻差，根據捕獲效應原理，機載接收機接收CSB和CLR信號中較強的CLR信號作為主導信號，抑制了CSB信號。而MK10型下滑CLR的調制信號只有150 Hz，所以給飛機一個向上飛的指示（150 Hz占優），這就是M型天線系統中CLR的作用。

在下滑道（=3°）上SBO場強為0，調制度差DDM取決于CSB的90 Hz和150 Hz調制度，而90Hz和150Hz調制度相等，故DDM=0；下滑道下方，雖然CSB的90 Hz和150 Hz調制度相等，但是對于SBO場型，90 Hz和150 Hz的相位相反，此時為+150 Hz和-90 Hz。SBO的+150 Hz加強了下滑道下方150 Hz信號，而-90 Hz削弱了90 Hz信號，形成了150 Hz>90 Hz的結果；在下滑道上方的情況恰好相反，為90 Hz>150 Hz。

2 MK10型下滑設備中天線故障時的輻射場型

由于中天線饋入的射頻信號包括CSB和SBO，因此，中天線故障必然改變CSB和SBO的輻射場型。下面根據中天線故障時信號幅度衰減程度的不同，分別繪制信號幅度衰減為正常值的一半和衰減為0的輻射場型圖，來分析中天線故障帶來的場型變化趨勢。

（1）當中天線的信號幅度衰減為正常值的一半時，信號場型如圖2所示，此時公式（1）、（2）中表達式第二項的系數分別為0.25和0.5。

（2）當中天線的信號幅度衰減為0時，信號場型如圖3所示，此時公式（1）、（2）中表達式第二項的系數都為0。

對比圖1～3，可以發現中天線故障時輻射場型變化的特點：

①CLR信號沒有變化。

②在下滑道（3°）上，CSB的幅度無變化，SBO的場強都為0，調制度差DDM=0。

③在3°角以上，隨著中天線信號的減弱，CSB和SBO的信號幅度變小，相位特性沒有變化。

④在低角度區域，隨著中天線信號的減弱，CSB的場強逐漸增大，當中天線信號為0時，CSB信號強度完全超過了CLR信號。這帶來的結果就是飛機在低角度區域很難收到甚至根本收不到CLR信號，即不能給飛機提供上飛指示，容易觸發近地告警。

⑤在3°角以下，隨著中天線信號幅度的減弱，SBO在下滑道下方出現反相點：如圖2中的=2°，SBO場強為0，在2°以下出現了90 Hz占優（而本應該150 Hz占優）的情況。嚴重時（如圖3），下滑道下方SBO完全反相，此時除了3°角之外都是90 Hz占優，飛機始終收到下飛的信號，進而觸發近地告警。

3 中天線故障對監控部分的影響

對于MK10型下滑設備而言，上天線取樣信號（CLR+SBO）經過移相器調整相位后，在混合器中抵消掉下天線取樣信號（CSB+SBO+CLR）中的SBO和CLR信號，從而獲得下天線CSB信號。此CSB信號分為兩路，一路作為航道檢測，另一路與經過相位調整的中天線取樣信號（SBO+CSB）進行比較得出寬度DDM。余隙信號的檢測則是由上天線取樣信號與CSB取樣信號混頻獲得。

由此可見，當中天線故障，若其他組件都正常時，下滑寬度會出現變化，而航道和余隙信號則正常。

4 結語

上述的場型是基于理想狀態下遠場的輻射圖進行分析的。在實際情況下，下滑設備輻射的場型可能受到場地、天線掛高，天線偏移、障礙物等等的影響，實際場型存在偏差，但是中天線故障帶來的場型變化與上述分析是一致的。

隨著中天線信號的減弱，SBO信號在下滑道下方出現反相點；嚴重時，在下滑道下方SBO信號完全反相，且CSB信號強度大于CLR信號強度。這會導致飛機在錯誤的信號引導下，始終向下偏離正常下滑道，進而觸發近地告警。而設備監控器顯示的下滑寬度會隨之變化，但是航道DDM與余隙信號不一定會變化。

參考文獻

[1] 陳果.ILS下滑捕獲效應天線饋電的分析[J].企業技術開發，2010（5）：12-14.

[2] MK10下滑設備使用說明書[Z].1995.