摘要：本文首先介紹了儀表著陸系統(tǒng)M型下滑天線的監(jiān)控系統(tǒng)組成。隨后從M型下滑天線的信號(hào)分配關(guān)系出發(fā)，論述了監(jiān)控混合單元產(chǎn)生監(jiān)控信號(hào)的基本原理，并以Normarc7033B設(shè)備為例，分別說(shuō)明了航道、寬度和余隙監(jiān)控信號(hào)合成的電路實(shí)現(xiàn)方式。最后，本文例舉了不同天線通路的相位和幅度變化對(duì)監(jiān)控參數(shù)的影響，為技術(shù)人員排除下滑天線通路故障提供了一定的思路。

關(guān)鍵詞：儀表著陸系統(tǒng);下滑信標(biāo);M型下滑天線;監(jiān)控混合單元

1.M型下滑天線監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

儀表著陸系統(tǒng)下滑信標(biāo)天線系統(tǒng)主要分為零基準(zhǔn)、邊帶基準(zhǔn)和M型三種。相比前兩種天線系統(tǒng)，M型下滑天線采用航道和余隙雙頻發(fā)射系統(tǒng)，在滿足覆蓋要求的前提下，對(duì)地面障礙物和地形的反射具有更好的抗干擾能力，因此廣泛應(yīng)用于我國(guó)各機(jī)場(chǎng)的儀表著陸系統(tǒng)下滑設(shè)備中。

M型下滑天線的監(jiān)控系統(tǒng)由航道（CL）寬度（DS）余隙（CLR）和近場(chǎng)（NF）四個(gè)監(jiān)控通道組成，其中CL、DS及CLR三個(gè)監(jiān)控信號(hào)由饋送至天線的發(fā)射信號(hào)耦合一部分后經(jīng)監(jiān)控混合單元（MCU）合成后產(chǎn)生，主要用于監(jiān)控饋送至天線的發(fā)射信號(hào)是否正常。CL通道用于監(jiān)控下滑道上的信號(hào)，對(duì)應(yīng)的仰角為下滑角θ，通常為3°;DS通道用于監(jiān)控下半寬的信號(hào)，對(duì)應(yīng)的仰角為0.88θ;CLR用于監(jiān)控余隙信號(hào)占優(yōu)的低角度區(qū)域信號(hào)，對(duì)應(yīng)的仰角為0.3θ。NF信號(hào)由近場(chǎng)監(jiān)控天線接收下滑天線輻射的信號(hào)后產(chǎn)生，主要用于監(jiān)控外場(chǎng)輻射信號(hào)是否正常，它與下滑天線掛高和偏置、下滑天線前方反射場(chǎng)地情況等因素密切相關(guān)。四個(gè)監(jiān)控信號(hào)互為補(bǔ)充，確保了下滑監(jiān)控系統(tǒng)的完整性和有效性。

2.M型下滑設(shè)備監(jiān)控混合單元原理分析

M型下滑天線系統(tǒng)各天線的幅度和相位分配關(guān)系如表1所列：

單個(gè)下滑天線經(jīng)過(guò)地面反射后在不同仰角上的信號(hào)表達(dá)式為：

其中A為相對(duì)幅度，H為天線掛高，α為仰角，φ為初始相位。

一般情況下，M型下滑天線系統(tǒng)上、中、下三副天線的高度比應(yīng)滿足3：2：1，根據(jù)表1所列的幅度和相位分配關(guān)系可得仰角α上三副天線的合成CSB、SBO和CLR信號(hào)表達(dá)式如下，由此可得不同仰角上合成CSB、SBO、CLR信號(hào)的幅度變化如圖1所示。

下滑監(jiān)控混合單元通過(guò)模擬不同仰角處的下滑輻射信號(hào)來(lái)產(chǎn)生監(jiān)控信號(hào)。由于其輸入信號(hào)取自三副天線饋電信號(hào)的耦合，因此必須掌握三副天線在不同仰角上的幅度和相位變化情況。三副天線在不同仰角上的歸一化幅度如圖2所示，CL、DS及CLR三個(gè)監(jiān)控通道對(duì)應(yīng)仰角的歸一化幅度和相位如表2所列。

結(jié)合圖2和表2的結(jié)果可以看出，在CL監(jiān)控通道對(duì)應(yīng)的仰角θ位置，中天線信號(hào)幅度恰好為零，上天線與下天線幅度相同，相位相反，因此CL監(jiān)控信號(hào)可通過(guò)使上天線信號(hào)與反相后的上天線信號(hào)相加來(lái)產(chǎn)生。參考表1的分配關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，下天線與上天線分配的SBO和CLR信號(hào)幅度和相位相同，因此下天線與上天線反相后的信號(hào)相加后，SBO和CLR信號(hào)均相互抵消，實(shí)際產(chǎn)生的CL監(jiān)控信號(hào)即下天線中CSB信號(hào)的耦合。同理，按照表2給出的DS與CLR監(jiān)控通道對(duì)應(yīng)的三副天線幅度和相位關(guān)系可以模擬得到0.88θ及0.3θ仰角位置的合成信號(hào)。

3.監(jiān)控混合單元的電路實(shí)現(xiàn)

下面以Normarc7033B下滑信標(biāo)設(shè)備為例來(lái)說(shuō)明M型下滑天線系統(tǒng)監(jiān)控混合單元的電路實(shí)現(xiàn)方式。圖3為Normarc 7033B下滑監(jiān)控混合單元的電路組成。

實(shí)際電路中，上天線耦合信號(hào)通過(guò)移相器PH1和可調(diào)衰減器AT1，并由功分器分為幅度相同的3路信號(hào)（A3-1、A3-2、A3-3）。中天線耦合信號(hào)通過(guò)移相器PH2和可調(diào)衰減器AT2，并由功分器分為幅度相同的2路信號(hào)（A2-1、A2-2）。下天線則直接由功分器分為幅度相同的3路信號(hào)（A1-1、A1-2、A1-3）。

從表2可知，CL監(jiān)控信號(hào)對(duì)應(yīng)的仰角處中天線信號(hào)幅度為0，且上天線與下天線信號(hào)幅度相同，相位相反，因此A3-1信號(hào)經(jīng)過(guò)180°移相后與A1-1相加產(chǎn)生CL監(jiān)控信號(hào)。DS監(jiān)控信號(hào)對(duì)應(yīng)的仰角處下天線幅度最大，因此A1-2信號(hào)與經(jīng)AT3衰減的A2-1及經(jīng)AT4衰減并移相180°的A3-2信號(hào)相加產(chǎn)生DS監(jiān)控信號(hào)。在CLR監(jiān)控信號(hào)合成電路中，中天線A2-2信號(hào)經(jīng)AT7衰減后通過(guò)移相器PH3，并與經(jīng)AT5衰減的A1-3及經(jīng)AT6衰減的A3-3信號(hào)相加產(chǎn)生CLR信號(hào)。

在Normarc7033B設(shè)備監(jiān)控混合單元調(diào)試過(guò)程中，通常依次調(diào)整PH1、AT1、PH2、AT2及PH3共5個(gè)可調(diào)器件。從圖3可以看出，上天線信號(hào)通路中的PH1及AT1與CL、DS、CLR三路監(jiān)控信號(hào)合成均直接相關(guān)，必須首先調(diào)整到位。中天線信號(hào)通路中的PH2及AT2與DS及CLR信號(hào)合成相關(guān)，作為第二步完成調(diào)整。A2-2通路中的PH3僅與CLR信號(hào)合成相關(guān)，因此最后進(jìn)行調(diào)整。

4.下滑天線通路故障分析

儀表著陸系統(tǒng)下滑信標(biāo)各類設(shè)備故障中，天線通路的幅度和相位變化引起的監(jiān)控參數(shù)波動(dòng)往往難以快速確定故障點(diǎn)。發(fā)射電纜、監(jiān)控電纜以及電纜頭連接等天線通路中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可能造成某一副天線通路的相位和幅度發(fā)生變化，進(jìn)而使監(jiān)控參數(shù)發(fā)生波動(dòng)。上、中、下三副天線通路的相位和幅度改變時(shí)，CL、DS、CLR三個(gè)監(jiān)控信號(hào)的DDM及RF參數(shù)變化情況如表3及表4所列。

從表3的結(jié)果來(lái)看，下天線通路的相位變化對(duì)CLR監(jiān)控參數(shù)影響較大，相位變化20°將造成CLR告警，同時(shí)CL和DS監(jiān)控參數(shù)也有一定的變化。中天線通路的相位變化同樣會(huì)造成CLR監(jiān)控參數(shù)波動(dòng)，其影響比下天線更大，但對(duì)DS影響較小，且不會(huì)使CL發(fā)生變化。上天線通路的相位變化造成監(jiān)控參數(shù)波動(dòng)較小，其對(duì)CL的影響與下天線相當(dāng)，對(duì)DS的影響最小?？傮w來(lái)看，CL監(jiān)控參數(shù)會(huì)受到上、下天線相位變化的影響，DS監(jiān)控參數(shù)受下天線相位變化的影響最大，受上天線相位變化的影響最小，而CLR監(jiān)控參數(shù)則對(duì)中、下天線的相位變化較為敏感。

從表4的結(jié)果來(lái)看，下天線耦合信號(hào)幅度降低1dB后，三個(gè)監(jiān)控信號(hào)的RF值均有明顯下降，其中CLR已超出告警門(mén)限。同時(shí)，DS的DDM參數(shù)變化較大而告警，而CLR的DDM參數(shù)幾乎沒(méi)有變化。中天線耦合信號(hào)幅度降低1dB后，CL監(jiān)控參數(shù)保持不變，CLR監(jiān)控參數(shù)變化較大，但未達(dá)到告警門(mén)限，DS監(jiān)控參數(shù)則變化較小。上天線耦合信號(hào)幅度降低1dB后，三個(gè)監(jiān)控信號(hào)的RF值變化不大，CL及DS的DDM參數(shù)有一定波動(dòng)。若將下天線通路斷開(kāi)，則CL、DS、CLR參數(shù)均出現(xiàn)告警，DDM和RF都有大幅變化。若將中天線通路斷開(kāi)，CL監(jiān)控參數(shù)仍保持不變，DS與CLR監(jiān)控參數(shù)將出現(xiàn)告警，尤以CLR參數(shù)變化幅度更大。上天線通路斷開(kāi)后，CL、DS、CLR參數(shù)均出現(xiàn)告警，但整體參數(shù)變化幅度較下天線的影響小?？傮w來(lái)看，CL監(jiān)控參數(shù)對(duì)下天線耦合信號(hào)幅度變化較為敏感。三副天線耦合信號(hào)幅度變化對(duì)DS及CLR監(jiān)控信號(hào)都有一定影響，其中DS受下天線影響較大，CLR則受中天線影響較大。

實(shí)際設(shè)備排故過(guò)程中，若不了解下滑監(jiān)控信號(hào)的合成原理，可能會(huì)出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤。例如，CLR監(jiān)控信號(hào)的DDM和RF參數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng)，其他監(jiān)控參數(shù)無(wú)明顯變化時(shí)，可能會(huì)因?yàn)橹刑炀€不輻射余隙信號(hào)而首先排除中天線通路存在問(wèn)題的可能，反將排查重點(diǎn)放在上天線和下天線通路上。然而在實(shí)際合成CLR監(jiān)控信號(hào)的過(guò)程中，中天線起到了關(guān)鍵的作用。由于中天線的SBO信號(hào)幅度最大，即使在0.3θ余隙信號(hào)占主導(dǎo)的低仰角區(qū)域，其通路相位或幅度發(fā)生變化仍然會(huì)使CLR監(jiān)控信號(hào)的DDM和RF產(chǎn)生波動(dòng)。從表3和表4的結(jié)果顯示，相比實(shí)際輻射余隙信號(hào)的上天線和下天線，中天線通路相位和幅度變化對(duì)CLR監(jiān)控信號(hào)的影響最大。必須注意的是，表3和表4所列的結(jié)果是建立在每次飛行校驗(yàn)后設(shè)備監(jiān)控參數(shù)都經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的前提下得到的。若設(shè)備監(jiān)控參數(shù)沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)男?zhǔn)，則很可能無(wú)法及時(shí)對(duì)發(fā)射信號(hào)的變化做出必要的反應(yīng)，從而導(dǎo)致設(shè)備輻射錯(cuò)誤信號(hào)并產(chǎn)生嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：陸冉菁（1975.03--）;性別：男，籍貫：上海市人，民族：漢族，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于上海大學(xué);現(xiàn)有職稱：工程師;研究方向：無(wú)線電導(dǎo)航;單位及郵編：中國(guó)民用航空華東地區(qū)空中交通管理局設(shè)備維修中心 201702。