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谈航向天线阵信号的相位关系及其应用的论文doc

发布时间:2019-07-05 23:41 来源:未知 编辑:admin

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  谈航向天线阵信号的相位关系及其应用的论文 【摘 要】本文从天线辐射原理阐述了航向天线阵辐射信号(csb/sbo)的相位关系,及该特殊的相位关系在实际设备维护调试中的应用 【关键词】空间调制 二元点阵航道结构 仪表着陆系统(instrument landing system)简称ils,一般称之为盲降,从它的称呼可以理解ils在仪表导航中的重要作用。ils由航向(loc)和下滑(gs)设备组成,分别向带有ils接收设备的飞机提供偏离下滑道左右和上下的信号指示。航向与下滑设备的基本原理相同,本文对航向天线的论述方法同样可以适用于下滑天线系统。希望以下的讨论可以为大家正确理解ils设备的工作原理提供帮助。 航向天线阵将机房送来的rf信号csb和sbo进行幅度与相位的分配,以不同的幅度和相位关系馈给每个天线单元,通过电磁信号的辐射,在空间产生调制合成,形成航道扇区。对单频航向而言,每个天线单元都包括了相应幅度与相位的csb和sbo信号。这些信号之间的相位幅度关系直接影响了扇区的线性和航道的位置。下面对这些信号的相位关系及空间信号的合成进行进一步的讨论。 航向天线阵最基本的组成是每一对与中心线等距的天线单元。为了说明空间合成信号的方向性图。这里引入了天线理论中二元点阵概念。如图1,两个距中心为d的天线 ,在远场某处p,单元1和2的场强差异可以忽略,但由于路径的差而导致一个相位差。由于是在远场,单元1、2至p点的路径可以认为是平行的,由此得出相位差θ=2π*2dsinφ/λ=2kdsinφ单位为弧度,其中k=2π/λ。. 总接收信号是两个信号的矢量和。如图2 则合成信号幅度 e=2e 0 cosθ/2 =2e 0 cos(kdsinφ) =2e 0 cos(2πdsinφ/λ) 从表达可以看出在 2πdsinφ/λ=nπ(n=0,±1,±2,±3…)时,e为最大值, 同理φ=arcsin(nλ/2d)时,e为最小值,n为奇数,可以得到如图3的天线方向图。 对于两个反相的天线πdsinφ/λ) 在φ=arcsin(nλ/2d)时e为最小值 在实际的航向天线中,天线单元为对数周期天线,有很强的方向性,如图5,设其信号场强为ee,根据天线理论则两个同相对数周期天线单元的合成信号e=ee*e 其方向如图6两个反相天线 如果是由多对天线组成的天线阵,则最后合成的总信号为e=e1+ e2+e3… 为各对天线合成信号的叠加。 如果以mk10单频普通孔径天线阵的第一对天线为例,其第一对天线mhz,则由λ=c/f=2.727m 根据公式φ=arcsin(nλ/2d) n=0时,φ=0,csb信号有第1个最大值,sbo信号有第1个最小值 n=1时,φ=58.9°,csb信号有第2个最大值,sbo信号有第2个最小值 n=2时,φ=73.3°,csb信号有第3个最大值,sbo信号有第3个最小值 根据公式φ=arcsin(nλ/4d) n=0时,φ=39.7°, csb信号有第1个最小值,sbo信号有第1个最大值 n=3时,φ=68.2°,csb信号有第2个最小值,sbo信号有第2个最大值 需要说明的是,在实际的情况中,由于对数周期天线的方向性很强,不存在那么多的最大值和最小值。 所以,在正常的航向设备中,左右天线单元中的csb信号正是采用了同相馈电使跑道中心线上信号幅度达到最大值。而左右sbo信号采用反相馈电,在中心线上信号幅度得到最小值为0,如图8所示。因此在理想的情况下,跑道中心线。在航向设备的调试中,需要修剪每对天线馈线的长度,使中心线,其实就是调整左右天线sbo的馈电相位,使之在中心线上左右天线的sbo信号刚好反相,得到sbo的幅度最小值0,ddm也为0。 上面讨论了一对天线中左右天线的csb信号之间以及左右天线的sbo信号之间的相位关系。在实际的情况下,空间某一处的ddm,与该点csb与sbo之间的相位关系有着相应的关系。根据空间调制的理论,图11csb与sbo正交时,空间调制为0,同相或反相时产生最大调制,空间调制表达式m=asbo/acsb*cosφ,其中a为幅度,φ为csb与sbo相差。为了简化,我们只讨论一对天线的情况,假设左天线度,根据前面的结论,右天线与sbo1反相,其矢量图如图9。在空间任一点,左右天线信号以任一相位差合成,由图10可见,只要每个天线单元中csb与csb正交就可以使合成信号csb与sbo同相合成,产生最大的空间调制。航向天线阵正是采用了这种特定的相位关系,使sbo信号在csb信号上产生最大的调制,达到最大的ddm值。所以在航向天线分配单元的每个天线输出端口中,csb与sbo信号始终是正交的。这在需要一定航道宽度的情况下,可以让sbo的发射功率降至最低。sbo发射功率降低也同时降低了sbo信号的反射,减少了对航道结构的影响。理论上讲,最佳的csb/sbo相位也就可以达到最佳的航道结构。同时,我们也可以从图中看到一个特殊情况,就是在跑道中心线上,左右天线信号不存在相位差,sbo1与sb02互相抵消,csb1与csb2最大合成,所以在航向中心线上,接收信号电平也是最大的。 如果讨论一下另外的一个特殊情况,就是sbo信号进行移相90度,使左天线同相,则右天线,我们发现合成信号csb与sbo始终正交,无法产生空间调制,ddm为0。 以上这两种特殊情况为我们调整和测试航向设备csb与sbo相位提供了两种简单而方便的方法。在实际的应用中,比如在设备调试维护或飞行校验中需检查csb/sbo相位的相位时,我们可以在sbo通道中串入90度电缆,使sbo的相位偏离正常值90度,然后在远场测试ddm或者测量在单个天线分配输出馈线中取样信号的ddm,调整csb/sbo的相对相位,使ddm指示为0,这也表示单个天线输出信号中的csb/sbo信号相位差别是0或180度,然后我们移除sbo通道中的90度电缆,就得到了csb/sbo信号相位差别为90或270度的状态。当然相差270度的状态不是实际需要的,可以通过外场信号??试的ddm占优情况来判断。kii与mk10提供了相位检测的接口,其信号就是以1r或2r中取样;normarc与thales也提供了有关的测试器件和方法。

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