下滑信標天線輻射分析

彭釗騰

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

關鍵詞 下滑信標；天線系統；衰減

目前全世界大多數民用機場都裝備了儀表著陸系統（ILS），該系統包括了航向信標臺和下滑信標臺，分別提供用于對準著陸跑道中心線的航向信號和用于提供垂直引導的下滑信號，這兩種信號為飛機提供一條下滑道引導飛機安全地進近著陸。本文主要分析下滑信標中射頻信號強度對下滑道的影響。

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

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

根據上述分析用MATLAB軟件計算，對上中下三個天線陣子多次調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，當上天線衰減3dB時，在空間輻射的CSB信號不受影響（因為上天線不輻射CSB信號）。在標準3度角，SBO信號增大，且90Hz信號占優，實際下滑角減小了，將錯誤引導飛機向下飛；在3度角以上，SBO信號與CSB信號都略有變化，將導致DDM變化，但對于飛機的引導方向不變；在3度角以下，在2度與3度之間SBO存在一個零值，將導致飛機找到錯誤的下滑道。

當中天線衰減3dB時，在3度角，CSB信號幅度不變，SBO信號幅度為0也不變，故此時DDM為0，下滑道位置仍在3度角；在3度角以上，CSB、SBO信號幅度都有變化，DDM會改變，但對飛機的引導方向不變；在3度角以下，2度位置SBO信號幅度為0，在這個角度DDM也為0，將產生另一個下滑道。

當下天線衰減3dB時，在3度角，CSB信號幅度減小，SBO信號幅度不為0，150Hz占優，將錯誤引導飛機向上；在3度角以上，CSB幅度減小，SBO信號在3度和4度之間存在0值，且存在反相的過程，飛機在此角度之間將找到錯誤的下滑道；在3度角以下，CSB信號在2度附近存在反相過程，但此時CLR信號幅度大于CSB信號，對飛機的引導方向不變。

為了驗證在改變射頻信號強度的情形下的下滑道，以下是對深圳機場34#儀表著陸系統的下滑信標臺進行的一系列實際測試。通過分別對三個天線振子接入3db衰減來減弱天線信號強度，以當測試設備外場信號變化時測量數值的變化情況，外場測試點取在監控天線附近，利用外場測試儀PIR來接收信號，測得數據如下表所示：

由測試數據可知，當下滑角偏低時，下滑道、上下半寬度的測試數值都會有不同程度的升高；當上天線信號大幅減弱時，三個數值也會升高，尤其是下滑道，已超出塔尺的測量范圍；當中天線信號大幅減弱時，下滑道沒有改變，但信號寬度變大，其中上半寬度遠遠超出了塔尺測量范圍；當下天線信號大幅減弱時，下滑道測量數值有較大減少。實際測試與理論分析一致，上述分析得到驗證。

本文為下滑信標天線系統故障現象的檢修提供了一種思路，當下滑信標設備測試參數出現試驗中類似的現象時，技術人員可以從這個角度去考慮解決問題。