谈航向天线阵信号的相位关系及其应用


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谈航向天线阵信号的相位关系及其应用

谈航向天线阵信号的相位关系及其应用

【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的天线单元1和2，辐射信号为E₀，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=2E₀COSθ/2
　　=2E₀COS（kdSinφ）
　　=2E₀COS(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单元，合成E＝2E₀sin(2πdSinφ/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6两个反相天线的合成方向如图7

　　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，其第一对天线距中心为0.82m，设其工作频率为110MHz，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。
　

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