淺析NM7000B下滑天線分配單元的原理及調(diào)試

洪彩蓉

【摘要】儀表著陸系統(tǒng)是目前民用航空主用的陸基導(dǎo)航系統(tǒng)，其中下滑信標(biāo)為飛機(jī)進(jìn)近著陸提供垂直方向上的引導(dǎo)，通過輻射CSB信號和SBO信號來指引飛機(jī)安全進(jìn)近和著陸。目前國內(nèi)大部分機(jī)場使用的下滑信標(biāo)天線為M型捕獲效應(yīng)天線，其抗干擾能力強(qiáng)，適用場地廣，輻射場型佳。本文通過解析M型捕獲效應(yīng)天線饋電原理，對NM7000B下滑天線分配單元（ADU）的電路進(jìn)行了分析，并給出了相關(guān)設(shè)備調(diào)試方法。

【關(guān)鍵詞】NM7000B，ADU，設(shè)備調(diào)試

一、下滑天線饋電原理

下滑信標(biāo)主要為航空器提供垂直方向的引導(dǎo)，故在水平面上放置天線，天線距地面高度為，則航空器收到的信號為天線直達(dá)信號與地面反射信號的疊加。根據(jù)天線傳播鏡像原理，單個天線的天線方向圖為

（1）

式中，為輻射方向和水平面的夾角，為標(biāo)準(zhǔn)下滑角3°，為輻射信號波長，為下天線的掛高，為實(shí)際平面和水平面的斜坡角度，上坡為正，下坡為負(fù)。

NM7000B采用的是M型捕獲效應(yīng)天線，上、中、下天線高度為3h：2h：h，為了減少低角度彎曲反射面帶來的多路徑干擾，需要減少低角度SBO信號的強(qiáng)度，故其SBO信號主要由中天線輻射，上、下天線輻射信號的幅度為中天線的一半，相位相反。又，假設(shè)FSL=0，則SBO信號輻射場強(qiáng)為：

（2）

因?yàn)樽銐蛐r，，故：

（3）

M型捕獲效應(yīng)天線CSB信號主要由下天線輻射，中天線輻射信號的幅度為下天線的一半，且相位相反，同理可得CSB信號的輻射場強(qiáng)為：

（4）

根據(jù)ICAO附件10[1] DDM定義為，將式（3）和（4）代入后，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系換算推導(dǎo)可得：

（5）

又ICAO附件10規(guī)定下滑半扇區(qū)寬度，DDM=0.0875，代入上式可得：

（6）

另外為改善低角度CSB信號的覆蓋強(qiáng)度，使得低角度的DDM符合要求，在上、下天線分別輻射同幅同相的輻射CLR信號，NM7000B設(shè)計(jì)的CLR信號與CSB信號的幅度比為，故以下天線A1饋電的CSB信號為基準(zhǔn)，則NM7000B的下滑天線饋電分配如下：

二、ADU電路分析

NM7000B下滑ADU主要由同軸型混合器、可調(diào)功率分配器以及可調(diào)移相器組成。

同軸型混合器（Hx）由50歐姆的半剛性同軸電纜和N型連接器制作而成，采用了180度環(huán)形結(jié)構(gòu)，共四個端口：當(dāng)端口2輸入信號時，分配同等分量到端口1和端口3，端口4作為隔離端口無輸出，如H5;同樣的H4的端口3輸入信號時，分配同等分量到端口2和端口4，端口1作為隔離端口無輸出。

可調(diào)功率分配器（Dx，以下簡稱功分器）包含差分相移器（Sx）和同軸型混合器，其中差分相移器將輸入信號分成兩個等幅信號，通過調(diào)整差分相移器T型結(jié)的位置使信號的相位超前或滯后，當(dāng)端口3的信號相位變化和端口1的信號相位變化時，端口2 的輸出為，端口4的輸出為，其中一根短路同軸電纜（CC4/5/6）用于輸入信號的阻抗匹配。

相移器（PHx）是一個長度調(diào)整的同軸線延伸器，用于調(diào)節(jié)對應(yīng)輸出信號的相位，相移范圍為。

根據(jù)電路圖[2]可知：CSB輸入信號經(jīng)過D1功分器分別輸送至中天線和下天線，通過調(diào)節(jié)S1改變兩通路的相對信號，從而得到中、下天線之間CSB信號正確的幅度和相位關(guān)系。其測試以下天線為基準(zhǔn)，調(diào)整時應(yīng)注意D1對中天線和下天線同時作用，中天線分配增大的同時下天線分配會減小，反之同理;因此在調(diào)整時應(yīng)留有余量，并且調(diào)整D1后必須重新以下天線為基準(zhǔn)測量。SBO輸入信號由D2功分器分配，一路經(jīng)過PH2相移器輸送至中天線，另一路經(jīng)過D3功分器輸送至上、下天線，通過調(diào)節(jié)S2和S3改變通路的相對信號，從而得到中天線與上、下天線之間SBO信號正確的幅度和相位關(guān)系。CLR輸入信號經(jīng)過D3功分器輸送至上、下天線，通過調(diào)整S3確保上、下天線信號同幅同相。值得注意的是，D3功分器不僅影響SBO信號的分配，還關(guān)系到CLR信號的分配。故而在調(diào)試過程中先對D3功分器進(jìn)行調(diào)整分配，確保兩路輸出一致后，再對D2功分器進(jìn)行調(diào)整。最后調(diào)整PH1可以微調(diào)上、下天線的相位關(guān)系，調(diào)整PH2可以微調(diào)中天線的相位，調(diào)整PH3可以微調(diào)上天線的相位。

三、ADU相關(guān)設(shè)備調(diào)試

（1）下滑ADU的調(diào)整

在設(shè)備進(jìn)行投產(chǎn)時需要對下滑ADU進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)表2及上述電路分析可得具體的調(diào)試步驟如下：

a）使用網(wǎng)絡(luò)分析儀，CW Frequency設(shè)置為下滑信標(biāo)在用頻率（328.6MHz～335.4MHz） ，選擇S21模式，選擇Calibrate進(jìn)行儀器校準(zhǔn)，并將設(shè)備發(fā)射機(jī)關(guān)閉;

b）網(wǎng)分PORT 1連接ADU CSB輸入口，PORT 2接ADU下天線A1輸出口，其余非測量端口接假負(fù)載，設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)或重新校準(zhǔn);

c）將PORT 2移至ADU中天線A2輸出口，ADU下天線A1接假負(fù)載，通過調(diào)整功分器D1使中天線幅度比下天線低-6.0dB±0.2，即中天線的饋電幅度為下天線饋電幅度的一半;

d）調(diào)整D1后需要重新檢查ADU下天線參考基準(zhǔn)，必要時重復(fù)b）-c）直到ADU下天線A1與中天線A2的CSB信號符合6dB的比例關(guān)系;

e）網(wǎng)分PORT 1接至ADU SBO輸入口，PORT 2接至ADU上天線A3輸出口，其余非測量端口接假負(fù)載，設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)或重新校準(zhǔn);

f）將PORT 2移到ADU下天線A1輸出口，ADU上天線A3接假負(fù)載，通過調(diào)整功分器D3使上、下天線幅度差為0.0dB±0.2;

g）重新檢查ADU上天線的參考基準(zhǔn)，必要時重復(fù)e）- f）直至下天線與上天線滿足0.0dB的比例關(guān)系;

h）網(wǎng)分PORT 1連接ADU SBO輸入口，PORT 2接ADU中天線A2輸出口，其余非測量端口接假負(fù)載，設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)或重新校準(zhǔn);

i）將PORT 2移到ADU下天線A1輸出口，ADU中天線A2接假負(fù)載，通過調(diào)整功分器D2下天線幅度比中天線低-6.0dB±0.2;

J）調(diào)整D2后需重新檢查中天線的參考基準(zhǔn)，重復(fù) h）- i）直至ADU中天線A2與下天線A1的信號符合6dB的比例關(guān)系;

k）網(wǎng)分PORT 1接至ADU CSB輸入口，PORT 2接至ADU下天線A1輸出口，其余非測量端口接假負(fù)載，設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)或重新校準(zhǔn);

l）將PORT 2接至ADU中天線A2輸出口，ADU下天線A1接假負(fù)載，調(diào)節(jié)相移器PH2 Middle Antenna Phaser使得中天線與下天線的相位差應(yīng)為180±1.0°;

m）將PORT 1接至ADU SBO輸入口，PORT 2接ADU中天線A2輸出口，其余非測量端口接假負(fù)載，設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)或重新校準(zhǔn);

n）將PORT 2接至ADU下天線A1輸出口，ADU中天線A2接假負(fù)載，調(diào)節(jié)相移器PH1 SBO Lower Antenna Phaser使得下天線與中天線的相位差應(yīng)為180±1.0°;

o）將PORT 2接至ADU上天線A3輸出口，ADU下天線A1接假負(fù)載，調(diào)節(jié)相移器PH3 Upper Antenna Phaser使得上天線與下天線的相位差應(yīng)為180±1.0°;

p）PORT 1接至ADU CLR輸入口，PORT 2接ADU上天線A3輸出口，其余非測量端口接假負(fù)載，設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)或重新校準(zhǔn);

q）將PORT 2接ADU下天線A1輸出口，ADU上天線A3接假負(fù)載，檢查上下天線的信號是否滿足0.0dB±0.2、0±1.0°的比例關(guān)系。

（2）下滑機(jī)內(nèi)定相

定相主要是為了調(diào)整CSB信號與SBO信號的相位關(guān)系，由于下滑余隙只有CSB信號，故下滑只需要對航道信號進(jìn)行定相。具體調(diào)試步驟如下：

a）外場測試儀PIR，system/frequency設(shè)置為下滑信標(biāo)及在用頻率，打開TX1航道發(fā)射機(jī)，關(guān)閉TX1余隙發(fā)射機(jī)，將PIR接至下滑ADU左下端下天線耦合測試口或中天線耦合測試口;

b）在RMM軟件中打開ILS-Settings下拉菜單Flight Check窗口，選擇TX1 COU 中 “insert -90°stub”，或者打開ILS-Settings下拉菜單Signal adj窗口，并在SBO輸出端串聯(lián)接入一條90°相位線;

c）調(diào)整COU SBO phase直至PIR上顯示DDM為0.0%或0uA，此時下天線或中天線，即此時下天線或中天線的CSB信號與SBO信號的相位差90°;

d）選擇COU 中 “remove -90°stub”，或關(guān)閉發(fā)射機(jī)，移除90°相位線;

e）換TX2重復(fù)以上步驟。

（3）SBO功率預(yù)調(diào)

下滑定相后對SBO功率進(jìn)行預(yù)調(diào)，具體步驟如下：

a）同（2）步驟a）;

b）在RMM軟件中打開ILS-Settings下拉菜單Flight Check窗口，選擇TX1 Alignment中COU SBO Level，或者打開ILS-Settings下拉菜單Signal adj窗口，選擇COU SBO Level;

c）根據(jù)表1可得：下天線，中天線，若考慮FSL，則調(diào)整COU SBO Level的衰減值，使得下天線滿足或中天線滿足;

d）換TX2重復(fù)以上步驟。

四、故障案例

某下滑設(shè)備發(fā)生航道參數(shù)漂移現(xiàn)象，設(shè)備換機(jī)后現(xiàn)象跟隨，判斷故障點(diǎn)在公共部分。查看軟件“maintenance measurements”各板件參數(shù)無告警信息，測量天線回波損耗及天線環(huán)路測試均無異常，故而懷疑故障點(diǎn)在下滑ADU內(nèi)部電路。根據(jù)ADU電路分析首先檢查CSB通路，斷開H1的4端口電纜，連接耦合器與假負(fù)載，使用外場測試儀測量H1的4端口發(fā)現(xiàn)，互換CSB與SBO輸入通路電纜后，測量H2的2端口，因此判斷H1通路不正常。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀S11模式，對CSB與SBO通路反射系數(shù)進(jìn)行對比測量，確定H1匹配不良。拆開用于H1匹配的短路同軸電纜CC5，檢查發(fā)現(xiàn)電纜芯與電纜頭虛焊，重新焊接后恢復(fù)連接，通過持續(xù)觀察設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定正常。

五、結(jié)語

作為設(shè)備維護(hù)人員，掌握設(shè)備原理及電路分析極為重要，有利于維護(hù)人員在設(shè)備調(diào)試時保持清晰的思路，在排故時快速定位故障點(diǎn)，盡快恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行，保障飛行安全。本文通過解析M型捕獲效應(yīng)天線的饋電信號，推導(dǎo)下滑天線饋電分配原理得到NM7000B下滑ADU的分配關(guān)系，對下滑ADU電路進(jìn)行詳細(xì)分析，從而得出下滑ADU的具體調(diào)試方法，并簡述一故障案例排故過程，供導(dǎo)航設(shè)備維護(hù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]ICAO. Aeronautical Telecommunications Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation （Volume I）[S].6th ed. Canada： International Civil Aviation Organization， 2016.

[2]INDRA Park Air Systems AS. NORMARC 3545 M-ARRAY GLIDE PATH ANTENNA SYSTEM INSTRUCTION MANUAL [M].2013.