浅析NM7000B下滑天线分配单元的原理及调试

洪彩蓉

【摘要】仪表着陆系统是目前民用航空主用的陆基导航系统，其中下滑信标为飞机进近着陆提供垂直方向上的引导，通过辐射CSB信号和SBO信号来指引飞机安全进近和着陆。目前国内大部分机场使用的下滑信标天线为M型捕获效应天线，其抗干扰能力强，适用场地广，辐射场型佳。本文通过解析M型捕获效应天线馈电原理，对NM7000B下滑天线分配单元（ADU）的电路进行了分析，并给出了相关设备调试方法。

【关键词】NM7000B，ADU，设备调试

一、下滑天线馈电原理

下滑信标主要为航空器提供垂直方向的引导，故在水平面上放置天线，天线距地面高度为，则航空器收到的信号为天线直达信号与地面反射信号的叠加。根据天线传播镜像原理，单个天线的天线方向图为

（1）

式中，为辐射方向和水平面的夹角，为标准下滑角3°，为辐射信号波长，为下天线的挂高，为实际平面和水平面的斜坡角度，上坡为正，下坡为负。

NM7000B采用的是M型捕获效应天线，上、中、下天线高度为3h：2h：h，为了减少低角度弯曲反射面带来的多路径干扰，需要减少低角度SBO信号的强度，故其SBO信号主要由中天线辐射，上、下天线辐射信号的幅度为中天线的一半，相位相反。又，假设FSL=0，则SBO信号辐射场强为：

（2）

因为足够小时，，故：

（3）

M型捕获效应天线CSB信号主要由下天线辐射，中天线辐射信号的幅度为下天线的一半，且相位相反，同理可得CSB信号的辐射场强为：

（4）

根据ICAO附件10[1] DDM定义为，将式（3）和（4）代入后，根据三角函数关系换算推导可得：

（5）

又ICAO附件10规定下滑半扇区宽度，DDM=0.0875，代入上式可得：

（6）

另外为改善低角度CSB信号的覆盖强度，使得低角度的DDM符合要求，在上、下天线分别辐射同幅同相的辐射CLR信号，NM7000B设计的CLR信号与CSB信号的幅度比为，故以下天线A1馈电的CSB信号为基准，则NM7000B的下滑天线馈电分配如下：

二、ADU电路分析

NM7000B下滑ADU主要由同轴型混合器、可调功率分配器以及可调移相器组成。

同轴型混合器（Hx）由50欧姆的半刚性同轴电缆和N型连接器制作而成，采用了180度环形结构，共四个端口：当端口2输入信号时，分配同等分量到端口1和端口3，端口4作为隔离端口无输出，如H5;同样的H4的端口3输入信号时，分配同等分量到端口2和端口4，端口1作为隔离端口无输出。

可调功率分配器（Dx，以下简称功分器）包含差分相移器（Sx）和同轴型混合器，其中差分相移器将输入信号分成两个等幅信号，通过调整差分相移器T型结的位置使信号的相位超前或滞后，当端口3的信号相位变化和端口1的信号相位变化时，端口2 的输出为，端口4的输出为，其中一根短路同轴电缆（CC4/5/6）用于输入信号的阻抗匹配。

相移器（PHx）是一个长度调整的同轴线延伸器，用于调节对应输出信号的相位，相移范围为。

根据电路图[2]可知：CSB输入信号经过D1功分器分别输送至中天线和下天线，通过调节S1改变两通路的相对信号，从而得到中、下天线之间CSB信号正确的幅度和相位关系。其测试以下天线为基准，调整时应注意D1对中天线和下天线同时作用，中天线分配增大的同时下天线分配会减小，反之同理;因此在调整时应留有余量，并且调整D1后必须重新以下天线为基准测量。SBO输入信号由D2功分器分配，一路经过PH2相移器输送至中天线，另一路经过D3功分器输送至上、下天线，通过调节S2和S3改变通路的相对信号，从而得到中天线与上、下天线之间SBO信号正确的幅度和相位关系。CLR输入信号经过D3功分器输送至上、下天线，通过调整S3确保上、下天线信号同幅同相。值得注意的是，D3功分器不仅影响SBO信号的分配，还关系到CLR信号的分配。故而在调试过程中先对D3功分器进行调整分配，确保两路输出一致后，再对D2功分器进行调整。最后调整PH1可以微调上、下天线的相位关系，调整PH2可以微调中天线的相位，调整PH3可以微调上天线的相位。

三、ADU相关设备调试

（1）下滑ADU的调整

在设备进行投产时需要对下滑ADU进行调整，根据表2及上述电路分析可得具体的调试步骤如下：

a）使用网络分析仪，CW Frequency设置为下滑信标在用频率（328.6MHz～335.4MHz） ，选择S21模式，选择Calibrate进行仪器校准，并将设备发射机关闭;

b）网分PORT 1连接ADU CSB输入口，PORT 2接ADU下天线A1输出口，其余非测量端口接假负载，设置为基准点或重新校准;

c）将PORT 2移至ADU中天线A2输出口，ADU下天线A1接假负载，通过调整功分器D1使中天线幅度比下天线低-6.0dB±0.2，即中天线的馈电幅度为下天线馈电幅度的一半;

d）调整D1后需要重新检查ADU下天线参考基准，必要时重复b）-c）直到ADU下天线A1与中天线A2的CSB信号符合6dB的比例关系;

e）网分PORT 1接至ADU SBO输入口，PORT 2接至ADU上天线A3输出口，其余非测量端口接假负载，设置为基准点或重新校准;

f）将PORT 2移到ADU下天线A1输出口，ADU上天线A3接假负载，通过调整功分器D3使上、下天线幅度差为0.0dB±0.2;

g）重新檢查ADU上天线的参考基准，必要时重复e）- f）直至下天线与上天线满足0.0dB的比例关系;

h）网分PORT 1连接ADU SBO输入口，PORT 2接ADU中天线A2输出口，其余非测量端口接假负载，设置为基准点或重新校准;

i）将PORT 2移到ADU下天线A1输出口，ADU中天线A2接假负载，通过调整功分器D2下天线幅度比中天线低-6.0dB±0.2;

J）调整D2后需重新检查中天线的参考基准，重复 h）- i）直至ADU中天线A2与下天线A1的信号符合6dB的比例关系;

k）网分PORT 1接至ADU CSB输入口，PORT 2接至ADU下天线A1输出口，其余非测量端口接假负载，设置为基准点或重新校准;

l）将PORT 2接至ADU中天线A2输出口，ADU下天线A1接假负载，调节相移器PH2 Middle Antenna Phaser使得中天线与下天线的相位差应为180±1.0°;

m）将PORT 1接至ADU SBO输入口，PORT 2接ADU中天线A2输出口，其余非测量端口接假负载，设置为基准点或重新校准;

n）将PORT 2接至ADU下天线A1输出口，ADU中天线A2接假负载，调节相移器PH1 SBO Lower Antenna Phaser使得下天线与中天线的相位差应为180±1.0°;

o）将PORT 2接至ADU上天线A3输出口，ADU下天线A1接假负载，调节相移器PH3 Upper Antenna Phaser使得上天线与下天线的相位差应为180±1.0°;

p）PORT 1接至ADU CLR输入口，PORT 2接ADU上天线A3输出口，其余非测量端口接假负载，设置为基准点或重新校准;

q）将PORT 2接ADU下天线A1输出口，ADU上天线A3接假负载，检查上下天线的信号是否满足0.0dB±0.2、0±1.0°的比例关系。

（2）下滑机内定相

定相主要是为了调整CSB信号与SBO信号的相位关系，由于下滑余隙只有CSB信号，故下滑只需要对航道信号进行定相。具体调试步骤如下：

a）外场测试仪PIR，system/frequency设置为下滑信标及在用频率，打开TX1航道发射机，关闭TX1余隙发射机，将PIR接至下滑ADU左下端下天线耦合测试口或中天线耦合测试口;

b）在RMM软件中打开ILS-Settings下拉菜单Flight Check窗口，选择TX1 COU 中 “insert -90°stub”，或者打开ILS-Settings下拉菜单Signal adj窗口，并在SBO输出端串联接入一条90°相位线;

c）调整COU SBO phase直至PIR上显示DDM为0.0%或0uA，此时下天线或中天线，即此时下天线或中天线的CSB信号与SBO信号的相位差90°;

d）选择COU 中 “remove -90°stub”，或关闭发射机，移除90°相位线;

e）换TX2重复以上步骤。

（3）SBO功率预调

下滑定相后对SBO功率进行预调，具体步骤如下：

a）同（2）步骤a）;

b）在RMM软件中打开ILS-Settings下拉菜单Flight Check窗口，选择TX1 Alignment中COU SBO Level，或者打开ILS-Settings下拉菜单Signal adj窗口，选择COU SBO Level;

c）根据表1可得：下天线，中天线，若考虑FSL，则调整COU SBO Level的衰减值，使得下天线满足或中天线满足;

d）换TX2重复以上步骤。

四、故障案例

某下滑设备发生航道参数漂移现象，设备换机后现象跟随，判断故障点在公共部分。查看软件“maintenance measurements”各板件参数无告警信息，测量天线回波损耗及天线环路测试均无异常，故而怀疑故障点在下滑ADU内部电路。根据ADU电路分析首先检查CSB通路，断开H1的4端口电缆，连接耦合器与假负载，使用外场测试仪测量H1的4端口发现，互换CSB与SBO输入通路电缆后，测量H2的2端口，因此判断H1通路不正常。使用网络分析仪S11模式，对CSB与SBO通路反射系数进行对比测量，确定H1匹配不良。拆开用于H1匹配的短路同轴电缆CC5，检查发现电缆芯与电缆头虚焊，重新焊接后恢复连接，通过持续观察設备运行稳定正常。

五、结语

作为设备维护人员，掌握设备原理及电路分析极为重要，有利于维护人员在设备调试时保持清晰的思路，在排故时快速定位故障点，尽快恢复设备运行，保障飞行安全。本文通过解析M型捕获效应天线的馈电信号，推导下滑天线馈电分配原理得到NM7000B下滑ADU的分配关系，对下滑ADU电路进行详细分析，从而得出下滑ADU的具体调试方法，并简述一故障案例排故过程，供导航设备维护参考。

参考文献：

[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.