無(wú)方向性信標(biāo)機(jī)及其天線綜述

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1、無(wú)方向性信標(biāo)機(jī)及其天線綜述研發(fā)中心黨立宏摘要機(jī)載無(wú)線電羅盤(pán)是一種M型最小值法測(cè)向設(shè)備，專(zhuān)門(mén)為飛行員提供地面導(dǎo)航臺(tái)與飛機(jī)之間的相對(duì)角度，無(wú)方向性信標(biāo)機(jī)就是為羅盤(pán)提供全向信號(hào)的地面導(dǎo)航設(shè)備，本文著重?cái)⑹隽诵艠?biāo)機(jī)及其天線系統(tǒng)的部分知識(shí)，并通過(guò)部分實(shí)例計(jì)算進(jìn)行闡述。關(guān)鍵詞：無(wú)線電歸航臺(tái)、信標(biāo)機(jī)、天線、羅盤(pán)、極化1概述無(wú)向信標(biāo)機(jī)（NDB）是一種中波導(dǎo)航發(fā)射機(jī)，向空間全方位發(fā)射無(wú)線電信號(hào)。將其安裝在跑道中心延長(zhǎng)線時(shí)，具有輔助著陸和近程導(dǎo)航的兩種功能。如圖1所示：圖1無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)位置NDB工作在190～550KHz

2、頻率范圍內(nèi)，發(fā)射功率為400～1000W，一般的為500W，有效作用距離不小于150Km。不同的導(dǎo)航臺(tái)識(shí)別信號(hào)不同，識(shí)別信號(hào)由2個(gè)英文字母組成，用莫爾斯電碼以20～30個(gè)字母/min的速度拍發(fā)，通常用等幅報(bào)方式發(fā)射識(shí)別信號(hào)，每隔45S連續(xù)拍發(fā)兩邊，跟著發(fā)30S一長(zhǎng)劃，供機(jī)載ADF識(shí)別用。大型的的機(jī)場(chǎng)配有雙歸導(dǎo)航臺(tái)，近臺(tái)離跑道頭1000m，遠(yuǎn)臺(tái)離跑道頭4000m，并且機(jī)場(chǎng)的雙著陸方向的兩端都配有導(dǎo)航臺(tái)，工作頻率相同，但是識(shí)別碼不同，而且不能同時(shí)開(kāi)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(guò)

3、程中出現(xiàn)天波干擾，降低測(cè)向精度，選用長(zhǎng)中波波段利用地面?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(guó)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(zhǎng)λ=2000～400米,λ/4=500～100米。線式天線最佳輻射振子臂長(zhǎng):。在一般情況下這樣長(zhǎng)的天線很難實(shí)現(xiàn);并且NDB用于輔助著陸時(shí)受靜空條件限制。通常使用的天線長(zhǎng)度，即近臺(tái)天線12米，遠(yuǎn)臺(tái)天線40米。天線的電長(zhǎng)度（相對(duì)于波長(zhǎng)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

4、作頻率f=150～300KHz；對(duì)于f=300KHz，，其電長(zhǎng)度。所以NDB天線相對(duì)于其工作波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)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(lì)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(diǎn)激勵(lì)電流等幅同相的情況）。圖2是垂直地面基本電振子與導(dǎo)電地面或地網(wǎng)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(diǎn)X圖2-1垂直平面示意圖（測(cè)試圖）ZX+1-1Θ=90oθF（Θ）=cos(Θ

5、)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(diǎn)Y圖2-3水平面示意圖（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(dǎo)電地面（或地網(wǎng)）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(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。當(dāng)時(shí)，，與零仰角電平相比，信號(hào)電平降低35dB左右，然而飛機(jī)穿越NDB臺(tái)天線頂空時(shí)距離已經(jīng)非常近，ADF接收機(jī)仍正常工作。如果認(rèn)為2°頂空盲區(qū)使接收機(jī)不能工作，則在飛機(jī)飛行高度H=1000米的情況下，接收機(jī)不能工作

6、距離約為2×1000×sin1°=34.9米；按飛機(jī)飛行速度為40米/秒考慮，只有1.15秒接收機(jī)不能工作；而飛機(jī)過(guò)NDB臺(tái)時(shí)，羅盤(pán)指針?lè)创?，故飛機(jī)穿過(guò)NDB臺(tái)時(shí)機(jī)上不能觀察到接收機(jī)，暫停工作。加頂短小天線的輻射功率類(lèi)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(dāng)不考慮導(dǎo)電地面或地網(wǎng)影響時(shí)輻射電阻為,式2.2當(dāng)考慮導(dǎo)電地面或地網(wǎng)并把其反射波用等效鏡像振子時(shí)，二者共同等效一個(gè)垂直對(duì)稱(chēng)基本振子，其總長(zhǎng)度為2he，但是鏡像振子是無(wú)源振子，所以

7、加頂短小天線與導(dǎo)電地面或地網(wǎng)系統(tǒng)輻射電阻為對(duì)稱(chēng)基本電振子輻射電阻的一半，即式2.3當(dāng)時(shí),；當(dāng)時(shí),。在值很小的情況下，預(yù)想提高輻射功率，就必須增大天線電流Ⅰ值。短小天線的輻射電阻很小將會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)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(dǎo)航屬于長(zhǎng)波導(dǎo)航，長(zhǎng)波信號(hào)適合用地波傳播。地波是沿地表面?zhèn)鞑サ碾姶挪ǎ孛鎸?duì)它的衰減應(yīng)很小，但是地面具有導(dǎo)電性，要求沿地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ńY(jié)構(gòu)應(yīng)符合導(dǎo)電地面的邊界條件(即電場(chǎng)矢量垂直地面，磁場(chǎng)矢量平行于底面)；地面只允許垂直極化波(

8、電場(chǎng)矢量垂直于地面的電磁波)傳播，而水平極化波（電場(chǎng)矢量平行于地面的電磁波）傳播時(shí)感應(yīng)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(yīng)垂直安裝，產(chǎn)生垂直極化波。NDB橫向加頂部分應(yīng)水平安裝，水平頂產(chǎn)生的水平極化波衰減很快，對(duì)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)無(wú)影響，故仍能仍能保持電磁波垂直極化性。對(duì)于波長(zhǎng)為千米級(jí)的長(zhǎng)波，電離層與地球表面構(gòu)成的環(huán)形空間類(lèi)似波導(dǎo)，在其空間可以傳播長(zhǎng)波的高次模場(chǎng)；這種傳播著的高次模式電磁波滿(mǎn)足導(dǎo)電地面的邊界條件（電場(chǎng)矢量垂直地面磁場(chǎng)矢量平