淺析NM7000B下滑天線分配單元的原理及調試

洪彩蓉

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

【關鍵詞】NM7000B，ADU，設備調試

一、下滑天線饋電原理

下滑信標主要為航空器提供垂直方向的引導，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信號與地面反射信號的疊加。根據天線傳播鏡像原理，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，為標準下滑角3°，為輻射信號波長，為下天線的掛高，為實際平面和水平面的斜坡角度，上坡為正，下坡為負。

NM7000B采用的是M型捕獲效應天線，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FSL=0，則SBO信號輻射場強為：

（2）

因為足夠小時，，故：

（3）

M型捕獲效應天線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信號的輻射場強為：

（4）

根據ICAO附件10[1] DDM定義為，將式（3）和（4）代入后，根據三角函數關系換算推導可得：

（5）

又ICAO附件10規定下滑半扇區寬度，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設計的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，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、可調功率分配器以及可調移相器組成。

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度環形結構，共四個端口：當端口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，通過調整差分相移器T型結的位置使信號的相位超前或滯后，當端口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）是一個長度調整的同軸線延伸器，用于調節對應輸出信號的相位，相移范圍為。

根據電路圖[2]可知：CSB輸入信號經過D1功分器分別輸送至中天線和下天線，通過調節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系。其測試以下天線為基準，調整時應注意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;因此在調整時應留有余量，并且調整D1后必須重新以下天線為基準測量。SBO輸入信號由D2功分器分配，一路經過PH2相移器輸送至中天線，另一路經過D3功分器輸送至上、下天線，通過調節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系。CLR輸入信號經過D3功分器輸送至上、下天線，通過調整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，還關系到CLR信號的分配。故而在調試過程中先對D3功分器進行調整分配，確保兩路輸出一致后，再對D2功分器進行調整。最后調整PH1可以微調上、下天線的相位關系，調整PH2可以微調中天線的相位，調整PH3可以微調上天線的相位。

三、ADU相關設備調試

（1）下滑ADU的調整

在設備進行投產時需要對下滑ADU進行調整，根據表2及上述電路分析可得具體的調試步驟如下：

a）使用網絡分析儀，CW Frequency設置為下滑信標在用頻率（328.6MHz～335.4MHz） ，選擇S21模式，選擇Calibrate進行儀器校準，并將設備發射機關閉;

b）網分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載，設置為基準點或重新校準;

c）將PORT 2移至ADU中天線A2輸出口，ADU下天線A1接假負載，通過調整功分器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）調整D1后需要重新檢查ADU下天線參考基準，必要時重復b）-c）直到ADU下天線A1與中天線A2的CSB信號符合6dB的比例關系;

e）網分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載，設置為基準點或重新校準;

f）將PORT 2移到ADU下天線A1輸出口，ADU上天線A3接假負載，通過調整功分器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，必要時重復e）- f）直至下天線與上天線滿足0.0dB的比例關系;

h）網分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載，設置為基準點或重新校準;

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

J）調整D2后需重新檢查中天線的參考基準，重復 h）- i）直至ADU中天線A2與下天線A1的信號符合6dB的比例關系;

k）網分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載，設置為基準點或重新校準;

l）將PORT 2接至ADU中天線A2輸出口，ADU下天線A1接假負載，調節相移器PH2 Middle Antenna Phaser使得中天線與下天線的相位差應為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載，設置為基準點或重新校準;

n）將PORT 2接至ADU下天線A1輸出口，ADU中天線A2接假負載，調節相移器PH1 SBO Lower Antenna Phaser使得下天線與中天線的相位差應為180±1.0°;

o）將PORT 2接至ADU上天線A3輸出口，ADU下天線A1接假負載，調節相移器PH3 Upper Antenna Phaser使得上天線與下天線的相位差應為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載，設置為基準點或重新校準;

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

（2）下滑機內定相

定相主要是為了調整CSB信號與SBO信號的相位關系，由于下滑余隙只有CSB信號，故下滑只需要對航道信號進行定相。具體調試步驟如下：

a）外場測試儀PIR，system/frequency設置為下滑信標及在用頻率，打開TX1航道發射機，關閉TX1余隙發射機，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輸出端串聯接入一條90°相位線;

c）調整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”，或關閉發射機，移除90°相位線;

e）換TX2重復以上步驟。

（3）SBO功率預調

下滑定相后對SBO功率進行預調，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）根據表1可得：下天線，中天線，若考慮FSL，則調整COU SBO Level的衰減值，使得下天線滿足或中天線滿足;

d）換TX2重復以上步驟。

四、故障案例

某下滑設備發生航道參數漂移現象，設備換機后現象跟隨，判斷故障點在公共部分。查看軟件“maintenance measurements”各板件參數無告警信息，測量天線回波損耗及天線環路測試均無異常，故而懷疑故障點在下滑ADU內部電路。根據ADU電路分析首先檢查CSB通路，斷開H1的4端口電纜，連接耦合器與假負載，使用外場測試儀測量H1的4端口發現，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。使用網絡分析儀S11模式，對CSB與SBO通路反射系數進行對比測量，確定H1匹配不良。拆開用于H1匹配的短路同軸電纜CC5，檢查發現電纜芯與電纜頭虛焊，重新焊接后恢復連接，通過持續觀察設備運行穩定正常。

五、結語

作為設備維護人員，掌握設備原理及電路分析極為重要，有利于維護人員在設備調試時保持清晰的思路，在排故時快速定位故障點，盡快恢復設備運行，保障飛行安全。本文通過解析M型捕獲效應天線的饋電信號，推導下滑天線饋電分配原理得到NM7000B下滑ADU的分配關系，對下滑ADU電路進行詳細分析，從而得出下滑ADU的具體調試方法，并簡述一故障案例排故過程，供導航設備維護參考。

參考文獻：

[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.