下滑信标天线辐射分析

彭钊腾

摘 要 本文简要分析了下滑信标天线的辐射场，为下滑信标的天线故障检修提供一种思路。

关键词 下滑信标；天线系统；衰减

目前全世界大多数民用机场都装备了仪表着陆系统（ILS），该系统包括了航向信标台和下滑信标台，分别提供用于对准着陆跑道中心线的航向信号和用于提供垂直引导的下滑信号，这两种信号为飞机提供一条下滑道引导飞机安全地进近着陆。本文主要分析下滑信标中射频信号强度对下滑道的影响。

下滑信标与航向信标频率配对使用，其主要作用是给进近和着陆的飞机提供沿着一定角度下降的信息，用来给飞机提供偏离下滑面的垂直引导信号。下滑天线由上中下三个天线振子组成，其中3个振子的挂高比为3：2：1，设上天线、中天线、下天线挂高分别为3H，2H，H。下滑天线辐射的信号波长为λ，信号接收点到下滑天线所成夹角为θ，θ?0为下滑角，CSB、SBO、CLR信号幅度分别为ACSB，ASBO，ACLR。

在调整好外部天线各振子的高度、水平位移和旋转角度的条件下，射频分配单元将CSB、SBO及CLR三路信号以上述分配关系分别送至上中下三个天线振子中，辐射到空中可以形成標准下滑角θ?0=3°的下滑信号。

根据上述分析用MATLAB软件计算，对上中下三个天线阵子多次调整衰减值得到的辐射场型如下各图所示。

对比正常的辐射场，当上天线衰减3dB时，在空间辐射的CSB信号不受影响（因为上天线不辐射CSB信号）。在标准3度角，SBO信号增大，且90Hz信号占优，实际下滑角减小了，将错误引导飞机向下飞；在3度角以上，SBO信号与CSB信号都略有变化，将导致DDM变化，但对于飞机的引导方向不变；在3度角以下，在2度与3度之间SBO存在一个零值，将导致飞机找到错误的下滑道。

当中天线衰减3dB时，在3度角，CSB信号幅度不变，SBO信号幅度为0也不变，故此时DDM为0，下滑道位置仍在3度角；在3度角以上，CSB、SBO信号幅度都有变化，DDM会改变，但对飞机的引导方向不变；在3度角以下，2度位置SBO信号幅度为0，在这个角度DDM也为0，将产生另一个下滑道。

当下天线衰减3dB时，在3度角，CSB信号幅度减小，SBO信号幅度不为0，150Hz占优，将错误引导飞机向上；在3度角以上，CSB幅度减小，SBO信号在3度和4度之间存在0值，且存在反相的过程，飞机在此角度之间将找到错误的下滑道；在3度角以下，CSB信号在2度附近存在反相过程，但此时CLR信号幅度大于CSB信号，对飞机的引导方向不变。

为了验证在改变射频信号强度的情形下的下滑道，以下是对深圳机场34#仪表着陆系统的下滑信标台进行的一系列实际测试。通过分别对三个天线振子接入3db衰减来减弱天线信号强度，以当测试设备外场信号变化时测量数值的变化情况，外场测试点取在监控天线附近，利用外场测试仪PIR来接收信号，测得数据如下表所示：

由测试数据可知，当下滑角偏低时，下滑道、上下半宽度的测试数值都会有不同程度的升高；当上天线信号大幅减弱时，三个数值也会升高，尤其是下滑道，已超出塔尺的测量范围；当中天线信号大幅减弱时，下滑道没有改变，但信号宽度变大，其中上半宽度远远超出了塔尺测量范围；当下天线信号大幅减弱时，下滑道测量数值有较大减少。实际测试与理论分析一致，上述分析得到验证。

本文为下滑信标天线系统故障现象的检修提供了一种思路，当下滑信标设备测试参数出现试验中类似的现象时，技术人员可以从这个角度去考虑解决问题。