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MK10型下滑设备中天线故障分析

钟允
摘 要：MK10型下滑天线系统属于M型（双频捕获效应）天线系统。通过下滑设备理想辐射场型的计算，来分析中天线故障带来的辐射场型的变化以及对监控部分的影响。
关键词：M型天线系统 捕获效应 场型
：V267 ：A ：1672-3791（2014）03（b）-0013-02
1 MK10型下滑设备理想辐射的场型
珠海机场仪表着陆系统采用美国WILCOX公司生产的MK10型设备，下滑天线系统属于M型（双频捕获效应），其天线系统有CSB、SBO、CLR 3种射频信号，对应于上、中、下天线的幅度和相位分配如表1所示。
对于M型天线系统而言，其辐射CSB、SBO、CLR信号的场强计算如下：
对照表1可以看出：公式（1）中，第一、二项分别为下、中天线CSB辐射场强表达式；公式（2）中，第一、二、三项分别为下、中、上天线的SBO辐射场强表达式；公式（3）中，第一、二项分别为下、上天线CLR辐射场强表达式。
一般情况下，下滑角设计为=3°，以横轴X=，纵轴Y=E（），根据公式（1）～（3）绘制出M型下滑设备的理想场型图如图1所示。
在低角度区域（1°以下范围）CLR信号强度远远大于CSB信号并且两者之间设有频差，根据捕获效应原理，机载接收机接收CSB和CLR信号中较强的CLR信号作为主导信号，抑制了CSB信号。而MK10型下滑CLR的调制信号只有150 Hz，所以给飞机一个向上飞的指示（150 Hz占优），这就是M型天线系统中CLR的作用。
在下滑道（=3°）上SBO场强为0，调制度差DDM取决于CSB的90 Hz和150 Hz调制度，而90Hz和150Hz调制度相等，故DDM=0；下滑道下方，虽然CSB的90 Hz和150 Hz调制度相等，但是对于SBO场型，90 Hz和150 Hz的相位相反，此时为+150 Hz和-90 Hz。SBO的+150 Hz加强了下滑道下方150 Hz信号，而-90 Hz削弱了90 Hz信号，形成了150 Hz>90 Hz的结果；在下滑道上方的情况恰好相反，为90 Hz>150 Hz。
2 MK10型下滑设备中天线故障时的辐射场型
由于中天线馈入的射频信号包括CSB和SBO，因此，中天线故障必然改变CSB和SBO的辐射场型。下面根据中天线故障时信号幅度衰减程度的不同，分别绘制信号幅度衰减为正常值的一半和衰减为0的辐射场型图，来分析中天线故障带来的场型变化趋势。
（1）当中天线的信号幅度衰减为正常值的一半时，信号场型如图2所示，此时公式（1）、（2）中表达式第二项的系数分别为0.25和0.5。
（2）当中天线的信号幅度衰减为0时，信号场型如图3所示，此时公式（1）、（2）中表达式第二项的系数都为0。
对比图1～3，可以发现中天线故障时辐射场型变化的特点：
①CLR信号没有变化。
②在下滑道（3°）上，CSB的幅度无变化，SBO的场强都为0，调制度差DDM=0。
③在3°角以上，随着中天线信号的减弱，CSB和SBO的信号幅度变小，相位特性没有变化。
④在低角度区域，随着中天线信号的减弱，CSB的场强逐渐增大，当中天线信号为0时，CSB信号强度完全超过了CLR信号。这带来的结果就是飞机在低角度区域很难收到甚至根本收不到CLR信号，即不能给飞机提供上飞指示，容易触发近地告警。
⑤在3°角以下，随着中天线信号幅度的减弱，SBO在下滑道下方出现反相点：如图2中的=2°，SBO场强为0，在2°以下出现了90 Hz占优（而本应该150 Hz占优）的情况。严重时（如图3），下滑道下方SBO完全反相，此时除了3°角之外都是90 Hz占优，飞机始终收到下飞的信号，进而触发近地告警。
3 中天线故障对监控部分的影响
对于MK10型下滑设备而言，上天线取样信号（CLR+SBO）经过移相器调整相位后，在混合器中抵消掉下天线取样信号（CSB+SBO+CLR）中的SBO和CLR信号，从而获得下天线CSB信号。此CSB信号分为两路，一路作为航道检测，另一路与经过相位调整的中天线取样信号（SBO+CSB）进行比较得出宽度DDM。余隙信号的检测则是由上天线取样信号与CSB取样信号混频获得。
由此可见，当中天线故障，若其他组件都正常时，下滑宽度会出现变化，而航道和余隙信号则正常。
4 结语
上述的场型是基于理想状态下远场的辐射图进行分析的。在实际情况下，下滑设备辐射的场型可能受到场地、天线挂高，天线偏移、障碍物等等的影响，实际场型存在偏差，但是中天线故障带来的场型变化与上述分析是一致的。
随着中天线信号的减弱，SBO信号在下滑道下方出现反相点；严重时，在下滑道下方SBO信号完全反相，且CSB信号强度大于CLR信号强度。这会导致飞机在错误的信号引导下，始终向下偏离正常下滑道，进而触发近地告警。而设备监控器显示的下滑宽度会随之变化，但是航道DDM与余隙信号不一定会变化。
参考文献
[1] 陈果.ILS下滑捕获效应天线馈电的分析[J].企业技术开发，2010（5）：12-14.
[2] MK10下滑设备使用说明书[Z].1995.
摘 要：MK10型下滑天线系统属于M型（双频捕获效应）天线系统。通过下滑设备理想辐射场型的计算，来分析中天线故障带来的辐射场型的变化以及对监控部分的影响。
关键词：M型天线系统 捕获效应 场型
：V267 ：A ：1672-3791（2014）03（b）-0013-02
1 MK10型下滑设备理想辐射的场型
珠海机场仪表着陆系统采用美国WILCOX公司生产的MK10型设备，下滑天线系统属于M型（双频捕获效应），其天线系统有CSB、SBO、CLR 3种射频信号，对应于上、中下天线的幅度和相位分配如表1所示。
对于M型天线系统而言，其辐射CSB、SBO、CLR信号的场强计算如下：
对照表1可以看出：公式（1）中，第一、二项分别为下、中天线CSB辐射场强表达式；公式（2）中，第一、二、三项分别为下、中、上天线的SBO辐射场强表达式；公式（3）中，第一、二项分别为下、上天线CLR辐射场强表达式。
一般情况下，下滑角设计为=3°，以横轴X=，纵轴Y=E（），根据公式（1）～（3）绘制出M型下滑设备的理想场型图如图1所示。
在低角度区域（1°以下范围）CLR信号强度远远大于CSB信号并且两者之间设有频差，根据捕获效应原理，机载接收机接收CSB和CLR信号中较强的CLR信号作为主导信号，抑制了CSB信号。而MK10型下滑CLR的调制信号只有150 Hz，所以给飞机一个向上飞的指示（150 Hz占优），这就是M型天线系统中CLR的作用。
在下滑道（=3°）上SBO场强为0，调制度差DDM取决于CSB的90 Hz和150 Hz调制度，而90Hz和150Hz调制度相等，故DDM=0；下滑道下方，虽然CSB的90 Hz和150 Hz调制度相等，但是对于SBO场型，90 Hz和150 Hz的相位相反，此时为+150 Hz和-90 Hz。SBO的+150 Hz加强了下滑道下方150 Hz信号，而-90 Hz削弱了90 Hz信号，形成了150 Hz>90 Hz的结果；在下滑道上方的情况恰好相反，为90 Hz>150 Hz。
2 MK10型下滑设备中天线故障时的辐射场型
由于中天线馈入的射频信号包括CSB和SBO，因此，中天线故障必然改变CSB和SBO的辐射场型。下面根据中天线故障时信号幅度衰减程度的不同，分别绘制信号幅度衰减为正常值的一半和衰减为0的辐射场型图，来分析中天线故障带来的场型变化趋势。
（1）当中天线的信号幅度衰减为正常值的一半时，信号场型如图2所示，此时公式（1）、（2）中表达式第二项的系数分别为0.25和0.5。
（2）当中天线的信号幅度衰减为0时，信号场型如图3所示，此时公式（1）、（2）中表达式第二项的系数都为0。
对比图1～3，可以发现中天线故障时辐射场型变化的特点：
①CLR信号没有变化。
②在下滑道（3°）上，CSB的幅度无变化，SBO的场强都为0，调制度差DDM=0。
③在3°角以上，随着中天线信号的减弱，CSB和SBO的信号幅度变小，相位特性没有变化。
④在低角度区域，随着中天线信号的减弱，CSB的场强逐渐增大，当中天线信号为0时，CSB信号强度完全超过了CLR信号。这带来的结果就是飞机在低角度区域很难收到甚至根本收不到CLR信号，即不能给飞机提供上飞指示，容易触发近地告警。
⑤在3°角以下，随着中天线信号幅度的减弱，SBO在下滑道下方出现反相点：如图2中的=2°，SBO场强为0，在2°以下出现了90 Hz占优（而本应该150 Hz占优）的情况。严重时（如图3），下滑道下方SBO完全反相，此时除了3°角之外都是90 Hz占优，飞机始终收到下飞的信号，进而触发近地告警。
3 中天线故障对监控部分的影响
对于MK10型下滑设备而言，上天线取样信号（CLR+SBO）经过移相器调整相位后，在混合器中抵消掉下天线取样信号（CSB+SBO+CLR）中的SBO和CLR信号，从而获得下天线CSB信号。此CSB信号分为两路，一路作为航道检测，另一路与经过相位调整的中天线取样信号（SBO+CSB）进行比较得出宽度DDM。余隙信号的检测则是由上天线取样信号与CSB取样信号混频获得。
由此可见，当中天线故障，若其他组件都正常时，下滑宽度会出现变化，而航道和余隙信号则正常。
4 结语
上述的场型是基于理想状态下远场的辐射图进行分析的。在实际情况下，下滑设备辐射的场型可能受到场地、天线挂高，天线偏移、障碍物等等的影响，实际场型存在偏差，但是中天线故障带来的场型变化与上述分析是一致的。
随着中天线信号的减弱，SBO信号在下滑道下方出现反相点；严重时，在下滑道下方SBO信号完全反相，且CSB信号强度大于CLR信号强度。这会导致飞机在错误的信号引导下，始终向下偏离正常下滑道，进而触发近地告警。而设备监控器显示的下滑宽度会随之变化，但是航道DDM与余隙信号不一定会变化。
参考文献
[1] 陈果.ILS下滑捕获效应天线馈电的分析[J].企业技术开发，2010（5）：12-14.
[2] MK10下滑设备使用说明书[Z].1995.
摘 要：MK10型下滑天线系统属于M型（双频捕获效应）天线系统。通过下滑设备理想辐射场型的计算，来分析中天线故障带来的辐射场型的变化以及对监控部分的影响。
关键词：M型天线系统 捕获效应 场型
：V267 ：A ：1672-3791（2014）03（b）-0013-02
1 MK10型下滑设备理想辐射的场型
珠海机场仪表着陆系统采用美国WILCOX公司生产的MK10型设备，下滑天线系统属于M型（双频捕获效应），其天线系统有CSB、SBOCLR 3种射频信号，对应于上、中、下天线的幅度和相位分配如表1所示。
对于M型天线系统而言，其辐射CSB、SBO、CLR信号的场强计算如下：
对照表1可以看出：公式（1）中，第一、二项分别为下、中天线CSB辐射场强表达式；公式（2）中，第一、二、三项分别为下、中、上天线的SBO辐射场强表达式；公式（3）中，第一、二项分别为下、上天线CLR辐射场强表达式。
一般情况下，下滑角设计为=3°，以横轴X=，纵轴Y=E（），根据公式（1）～（3）绘制出M型下滑设备的理想场型图如图1所示。
在低角度区域（1°以下范围）CLR信号强度远远大于CSB信号并且两者之间设有频差，根据捕获效应原理，机载接收机接收CSB和CLR信号中较强的CLR信号作为主导信号，抑制了CSB信号。而MK10型下滑CLR的调制信号只有150 Hz，所以给飞机一个向上飞的指示（150 Hz占优），这就是M型天线系统中CLR的作用。
在下滑道（=3°）上SBO场强为0，调制度差DDM取决于CSB的90 Hz和150 Hz调制度，而90Hz和150Hz调制度相等，故DDM=0；下滑道下方，虽然CSB的90 Hz和150 Hz调制度相等，但是对于SBO场型，90 Hz和150 Hz的相位相反，此时为+150 Hz和-90 Hz。SBO的+150 Hz加强了下滑道下方150 Hz信号，而-90 Hz削弱了90 Hz信号形成了150 Hz>90 Hz的结果；在下滑道上方的情况恰好相反，为90 Hz>150 Hz。
2 MK10型下滑设备中天线故障时的辐射场型
由于中天线馈入的射频信号包括CSB和SBO，因此，中天线故障必然改变CSB和SBO的辐射场型。下面根据中天线故障时信号幅度衰减程度的不同，分别绘制信号幅度衰减为正常值的一半和衰减为0的辐射场型图，来分析中天线故障带来的场型变化趋势。
（1）当中天线的信号幅度衰减为正常值的一半时，信号场型如图2所示，此时公式（1）、（2）中表达式第二项的系数分别为0.25和0.5。
（2）当中天线的信号幅度衰减为0时，信号场型如图3所示，此时公式（1）、（2）中表达式第二项的系数都为0。
对比图1～3，可以发现中天线故障时辐射场型变化的特点：
①CLR信号没有变化。
②在下滑道（3°）上，CSB的幅度无变化，SBO的场强都为0，调制度差DDM=0。
③在3°角以上，随着中天线信号的减弱，CSB和SBO的信号幅度变小，相位特性没有变化。
④在低角度区域，随着中天线信号的减弱，CSB的场强逐渐增大，当中天线信号为0时，CSB信号强度完全超过了CLR信号。这带来的结果就是飞机在低角度区域很难收到甚至根本收不到CLR信号，即不能给飞机提供上飞指示，容易触发近地告警。
⑤在3°角以下，随着中天线信号幅度的减弱，SBO在下滑道下方出现反相点：如图2中的=2°，SBO场强为0，在2°以下出现了90 Hz占优（而本应该150 Hz占优）的情况。严重时（如图3），下滑道下方SBO完全反相，此时除了3°角之外都是90 Hz占优，飞机始终收到下飞的信号，进而触发近地告警。
3 中天线故障对监控部分的影响
对于MK10型下滑设备而言，上天线取样信号（CLR+SBO）经过移相器调整相位后，在混合器中抵消掉下天线取样信号（CSB+SBO+CLR）中的SBO和CLR信号，从而获得下天线CSB信号。此CSB信号分为两路，一路作为航道检测，另一路与经过相位调整的中天线取样信号（SBO+CSB）进行比较得出宽度DDM。余隙信号的检测则是由上天线取样信号与CSB取样信号混频获得。
由此可见，当中天线故障，若其他组件都正常时，下滑宽度会出现变化，而航道和余隙信号则正常。
4 结语
上述的场型是基于理想状态下远场的辐射图进行分析的。在实际情况下，下滑设备辐射的场型可能受到场地、天线挂高，天线偏移、障碍物等等的影响，实际场型存在偏差，但是中天线故障带来的场型变化与上述分析是一致的。
随着中天线信号的减弱，SBO信号在下滑道下方出现反相点；严重时，在下滑道下方SBO信号完全反相，且CSB信号强度大于CLR信号强度。这会导致飞机在错误的信号引导下，始终向下偏离正常下滑道，进而触发近地告警。而设备监控器显示的下滑宽度会随之变化，但是航道DDM与余隙信号不一定会变化。
参考文献
[1] 陈果.ILS下滑捕获效应天线馈电的分析[J].企业技术开发，2010（5）：12-14.
[2] MK10下滑设备使用说明书[Z].1995.
科技资讯2014年8期
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