高度表天線在復(fù)合材料飛機蒙皮上的安裝使用方法概述

王國璋

陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司 陜西 寶雞 721006

引言

某型飛機在試飛過程中無線電高度表出現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象：飛機起飛前無線電高度表上電，無線電高度表輸出數(shù)據(jù)正常；飛機起飛上升過程，無線電高度表輸出數(shù)據(jù)正常；飛機600m水平高度巡航時，無線電高度表下電；飛機降落前，無線電高度表上電，無線電高度表輸出高度1.8m，一直持續(xù)到距離地面50m無線電高度表輸出數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

檢查某型飛機上的無線高度表收發(fā)機，各項指標均合格；檢查某型飛機上的高頻電纜和無線電高度表天線，均無破損。某型飛機上的無線高度表天線周圍無金屬遮擋物，也沒大功率的發(fā)射源，僅僅是安裝無線電高度表天線的飛機蒙皮是復(fù)合材料。

1 原理分析

1.1 機理分析

無線電高度表天線通常是安裝在飛機的金屬蒙皮上，我們已習(xí)慣用180°的無線電高度表天線方向圖分析問題。飛機蒙皮換成復(fù)合材料后，就需要使用360°的無線電高度表天線方向圖。從360°的無線電高度表天線方向圖可看出，無線電高度表天線后向僅比前向小22dB。

如果無線電高度表收發(fā)機近距靈敏度為60dB，發(fā)射功率為20dBm，那么-40dBm的回波接收信號就能導(dǎo)致無線電高度表跟蹤近距。如果無線電高度表天線后向的上方全是金屬外殼的設(shè)備、支架、板面等，相當(dāng)于在無線電高度表天線后向形成一個耦合腔，發(fā)射功率為20dBm經(jīng)無線電高度表天線后向發(fā)射和接收，到達無線電高度表收發(fā)機接收端的功率為：20dBm～22dB，耦合腔損耗為：（dB）-22dB。

全金屬的耦合腔損耗如果按0dB計算，無線電高度表收發(fā)機接收端的功率不超過-24dBm，完全會導(dǎo)致無線電高度表跟蹤近距。通過上述分析，如果無線電高度表天線后向耦合的功率低于某型飛機停在地面時的地面回波信號接收功率，但比-40dBm強，會造成“起飛上升過程無線電高度表工作正常，開始下降時無線電高度表上電跟蹤近距”的現(xiàn)象[1]。

1.2 天線仿真

為了查找問題原因，對無線電高度表天線在復(fù)合材料飛機蒙皮上安裝進行了360°方向圖仿真。從仿真的結(jié)果看，天線的后向增益最大為-11.5dB，天線的前向增益最大為10.5dB。

按照無線電高度表天線在復(fù)合材料飛機蒙皮上安裝方式，假設(shè)無線電高度表天線是在金屬材料飛機蒙皮上安裝，進行了360°方向圖仿真，從仿真的結(jié)果看，天線的后向增益最大為-12.5dB,天線的前向增益最大為10.5dB。詳見圖1。

圖1 無線電高度表天線在金屬材料飛機蒙皮上安裝的方向圖仿真

2 試驗驗證

2.1 試驗方法

無線電高度表收發(fā)天線安裝在玻璃布板上，無線電高度表收發(fā)天線后方0.4m處裝一塊鋁板，周圍4個面用銅箔包裹，在無線電高度表收發(fā)天線的后向形成一個金屬耦合腔，模擬某型飛機的裝機情況[2]。

無線電高度表收發(fā)天線口面朝天，發(fā)射天線接無線電高度表收發(fā)機發(fā)射端，接收天線接頻譜儀。

2.2 試驗數(shù)據(jù)

給收發(fā)機上電，測得數(shù)據(jù)如下：

最大接收功率：-28.0dBm（頻率：4.189GHz）；

最小接收功率：-34.2dBm（頻率：4.133GHz）。

3 解決措施

3.1 解決方法

根據(jù)試驗結(jié)果和上述分析，只要將無線電高度表收發(fā)天線后向方向圖各減小6dB就可以解決。因此，我們提出了如下措施：

3.1.1 復(fù)合材料內(nèi)表面墊吸波材料；

3.1.2 復(fù)合材料內(nèi)表面貼薄鋁板；

3.1.3 天線采用安裝架安裝。

考慮到用戶落實措施的可行性和落實后的可靠性，決定采用天線安裝架安裝[3]。

3.2 措施驗證

3.2.1 仿真驗證。無線電高度表天線設(shè)計安裝架：將天線嵌入金屬安裝架圍框中，圍框厚度為4mm，圍框周圍帶法蘭。其安裝示意圖見圖2。

圖2 天線安裝示意圖

3.2.2 試驗驗證。將無線電高度表收發(fā)天線分別采用安裝架安裝在玻璃布板上，采用3.1條的試驗方法，測得數(shù)據(jù)如下：

最大接收功率：-40.2dBm（頻率：4.129GHz）；

最小接收功率：-46dBm（頻率：4.183GHz）。

4 解決結(jié)果

將解決措施落實到某型飛機上后，飛行正常。

5 結(jié)束語

隨著我國航空事業(yè)的發(fā)展，為了節(jié)約飛機油耗、減輕飛機重量、增大航程，復(fù)合材料蒙皮將會在飛機上應(yīng)用的越來越廣泛。本論文描述的問題和無線電高度表天線在復(fù)合材料飛機蒙皮上的安裝使用方法希望能夠在后續(xù)的應(yīng)用中起到借鑒作用。