無方向性信標機及其天線綜述

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1、無方向性信標機及其天線綜述研發(fā)中心黨立宏摘要機載無線電羅盤是一種M型最小值法測向設備，專門為飛行員提供地面導航臺與飛機之間的相對角度，無方向性信標機就是為羅盤提供全向信號的地面導航設備，本文著重敘述了信標機及其天線系統(tǒng)的部分知識，并通過部分實例計算進行闡述。關鍵詞：無線電歸航臺、信標機、天線、羅盤、極化1概述無向信標機（NDB）是一種中波導航發(fā)射機，向空間全方位發(fā)射無線電信號。將其安裝在跑道中心延長線時，具有輔助著陸和近程導航的兩種功能。如圖1所示：圖1無線電導航臺位置NDB工作在190～550KHz頻率范圍內，發(fā)射功率為

2、400～1000W，一般的為500W，有效作用距離不小于150Km。不同的導航臺識別信號不同，識別信號由2個英文字母組成，用莫爾斯電碼以20～30個字母/min的速度拍發(fā)，通常用等幅報方式發(fā)射識別信號，每隔45S連續(xù)拍發(fā)兩邊，跟著發(fā)30S一長劃，供機載ADF識別用。大型的的機場配有雙歸導航臺，近臺離跑道頭1000m，遠臺離跑道頭4000m，并且機場的雙著陸方向的兩端都配有導航臺，工作頻率相同，但是識別碼不同，而且不能同時開放。2天線輻射方向性圖和電磁波極化方式為了防止在電波傳播過程中出現(xiàn)天波干擾，降低測向精度，選用長中波波

3、段利用地面?zhèn)鞑?，這樣就不易出現(xiàn)天波干擾，因此NDB系統(tǒng)工作頻率f=150～750KHz（國際民航附件十中規(guī)定150～1750KHz，這里論述為常用頻段）,工作波長λ=2000～400米,λ/4=500～100米。線式天線最佳輻射振子臂長:。在一般情況下這樣長的天線很難實現(xiàn);并且NDB用于輔助著陸時受靜空條件限制。通常使用的天線長度，即近臺天線12米，遠臺天線40米。天線的電長度（相對于波長的倍數(shù)）值很小。為了防止在夜間電離層較低的情況下出現(xiàn)天線干擾，常選用工作頻率f=150～300KHz；對于f=300KHz，，其電長度。

4、所以NDB天線相對于其工作波長來說是短小天線，這樣NDB天線可按基本電振子分析其方向性圖和輻射性能（NDB的加頂短小天線垂直輻射體激勵電流振幅分布較均勻和電流相位差值不大，它接近于基本電振子軸線各點激勵電流等幅同相的情況）。圖2是垂直地面基本電振子與導電地面或地網組成的輻射系統(tǒng)及其方向性圖。方向性圖的最大值指向地平面方向，有利于防止出現(xiàn)天波干擾。IZhθ接收點X圖2-1垂直平面示意圖（測試圖）ZX+1-1Θ=90oθF（Θ）=cos(Θ)圖2-2垂直面半“∞”字形方向性圖（子午面或E面）Ψ方位角接收點Y圖2-3水平面示意圖

5、（頂視圖）YXΨF(Ψ)=1圖2-4水平面全向性方向性圖（赤道面或H面）圖2基本電振子與導電地面（或地網）輻射系統(tǒng)及其方向性圖水平面方向性圖為全向性，即垂直向性圖為全向性為橫半“∞”字形，當時，；當時，。當時，，與零仰角電平相比，信號電平降低35dB左右，然而飛機穿越NDB臺天線頂空時距離已經非常近，ADF接收機仍正常工作。如果認為2°頂空盲區(qū)使接收機不能工作，則在飛機飛行高度H=1000米的情況下，接收機不能工作距離約為2×1000×sin1°=34.9米；按飛機飛行速度為40米/秒考慮，只有1.15秒接收機不能工作；而

6、飛機過NDB臺時，羅盤指針反打，故飛機穿過NDB臺時機上不能觀察到接收機，暫停工作。加頂短小天線的輻射功率類同于基本電振子輻射功率，其輻射功率表示為：式2.1其中,Ⅰ為天線輸入電流的有效值且沿振子均勻分布，為輻射電阻,當不考慮導電地面或地網影響時輻射電阻為,式2.2當考慮導電地面或地網并把其反射波用等效鏡像振子時，二者共同等效一個垂直對稱基本振子，其總長度為2he，但是鏡像振子是無源振子，所以加頂短小天線與導電地面或地網系統(tǒng)輻射電阻為對稱基本電振子輻射電阻的一半，即式2.3當時,；當時,。在值很小的情況下，預想提高輻射功率

7、，就必須增大天線電流Ⅰ值。短小天線的輻射電阻很小將會帶來很多問題，例如，輻射功率小，天線效率低，工作通頻帶窄，天線根部高頻電壓很高易打火等。NDB導航屬于長波導航，長波信號適合用地波傳播。地波是沿地表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?，地面對它的衰減應很小，但是地面具有導電性，要求沿地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ńY構應符合導電地面的邊界條件(即電場矢量垂直地面，磁場矢量平行于底面)；地面只允許垂直極化波(電場矢量垂直于地面的電磁波)傳播，而水平極化波（電場矢量平行于地面的電磁波）傳播時感應出地面電流，很快被地面吸收而衰減掉。所以NDB發(fā)射天線輻射體應垂直安

8、裝，產生垂直極化波。NDB橫向加頂部分應水平安裝，水平頂產生的水平極化波衰減很快，對遠區(qū)場強無影響，故仍能仍能保持電磁波垂直極化性。對于波長為千米級的長波，電離層與地球表面構成的環(huán)形空間類似波導，在其空間可以傳播長波的高次模場；這種傳播著的高次模式電磁波滿足導電地面的邊界條件（電場矢量垂直地面磁場矢量平