仪表着陆系统双频航向信标覆盖分析

倪博文

摘要

通过MATLAB仿真仪表着陆系统双频20单元和24单元航向信标（LOC）辐射场的覆盖，得出增加阵元数会增强航道信号的方向性与幅值，从而减小多径效应产生的结论，并给出机场建设LOC设备时天线系统的选择建议。

一、双频20单元LOC的覆盖

为清晰直观反映LOC辐射场的覆盖，本文使用MATLAB对NOMARC公司生产的双频20单元以及双频24单元LOC水平辐射的方向性进行仿真分析。航道（COU）信号和余隙（CLR）信号使用的载波分别为110.10MHz+5kHz和110.10MHz-5kHz，

按照表1设置的参数对20单元的LOC阵列天线馈电，获得的LOC水平辐射方向性图见图1。

表1 双频20单元LOC馈电参数

天线 编号	到中心距离 （m）	COU CSB 幅度（V）	COU CSB 相位 （°）	COU SBO 幅度 （V）	COU SBO 相位 （°）	CLR CSB 幅度（V）	CLR CSB 相位 （°）	CLR SBO 幅度（V）	CLR SBO 相位 （°）
1	-26.03	11.00	0	3.29	-90
2	-22.54	15.00	0	4.20	-90			0.32	90
3	-19.23	29.00	0	5.75	-90	6.65	180	0.32	90
4	-16.09	45.00	0	6.59	-90	5.65	180
5	-13.13	66.00	0	6.66	-90	11.72	180	0.54	-90
6	-10.34	82.00	0	6.00	-90	11.72	180	0.32	-90
7	-7.73	93.00	0	4.82	-90	32.17	180	4.32	-90
8	-5.30	100.00	0	3.38	-90	12.86	0	4.32	-90
9	-3.04	100.00	0	1.89	-90	94.60	180	9.25	-90
10	-0.95	93.00	0	0.55	-90	204.83	0	37.52	-90
11	0.95	93.00	0	0.55	90	204.83	0	37.52	90
12	3.04	100.00	0	1.89	90	94.60	180	9.25	90
13	5.30	100.00	0	3.38	90	12.86	0	4.32	90
14	7.73	93.00	0	4.82	90	32.17	180	4.32	90
15	10.34	82.00	0	6.00	90	11.81	180	0.32	90
16	13.13	66.00	0	6.66	90	11.81	180	0.54	90
17	16.09	45.00	0	6.59	90	5.65	180
18	19.23	29.00	0	5.75	90	5.65	180	0.32	-90
19	22.54	15.00	0	4.20	90			0.32	-90
20	16.03	11.00	0	3.29	90

图1 双频20单元LOC水平辐射方向性图

由图1可见，COU CSB主瓣信号在0°方位具有最大值；COU SBO信号在0°方位具有最小值，其第一零值点位于跑道中心线。COU辐射信号具有良好的方向性，提高了主瓣相对旁瓣的信号强度比，减弱了因障碍物引起的多径效应；CLR辐射信号拥有较宽的波束范围，对跑道中心线一定角度以外的区域提供比COU旁瓣更高的功率覆盖，能有效抑制假航道的产生。

二、 双频24单元LOC的覆盖

按照表2设置的参数对24单元的LOC阵列天线馈电，获得的LOC水平辐射方向性图见图2。

表2 双频24单元LOC馈电参数

天线 编号	到中心距离 （m）	COU CSB 幅度（V）	COU CSB 相位 （°）	COU SBO 幅度 （V）	COU SBO 相位 （°）	CLR CSB 幅度（V）	CLR CSB 相位 （°）	CLR SBO 幅度（V）	CLR SBO 相位 （°）
1	-23.26	12.6	0	2.5	-90
2	-21.42	14.8	0	2.7	-90
3	-19.38	22.4	0	3.7	-90
4	-17.34	31.4	0	4.6	-90
5	-15.30	41.6	0	5.4	-90
6	-13.26	52.6	0	5.9	-90
7	-11.22	63.7	0	6.1	-90
8	-9.18	74.3	0	5.8	-90
9	-7.14	83.9	0	5.1	-90	33.12	180
10	-5.10	91.6	0	4.0	-90	16.56	180
11	-3.06	97.1	0	2.5	-90	82.79	180	11.59	-90
12	-1.02	100.0	0	0.9	-90	165.58	0	29.80	-90
13	1.02	100.0	0	0.9	90	165.58	0	29.80	90
14	3.06	97.1	0	2.5	90	82.79	180	11.59	90
15	5.10	91.6	0	4.0	90	16.56	180
16	7.14	83.9	0	5.1	90	33.12	180
17	9.18	74.3	0	5.8	90
18	11.22	63.7	0	6.1	90
19	13.26	52.6	0	5.9	90
20	15.30	41.6	0	5.4	90
21	17.34	31.4	0	4.6	90
22	19.38	22.4	0	3.7	90
23	21.42	14.8	0	2.7	90
24	23.26	12.6	0	2.5	90

图2 双频24单元LOC水平辐射方向性图

由图2可以看出，24单元LOC的COU信号辐射主瓣变得更窄，旁瓣更加密集且辐射强度有了明显的规律性，降低了大角度方向的辐射强度，使LOC天线的辐射具有更强的方向性，能够进一步降低多径干扰。CLR信号辐射的大角度覆盖得以进一步提升，并且在主航道以外方位的信号强度明显大于同方位的COU信号，防止了多径效应以及假航道的产生。

三、阵元数选择分析

由图1和图2可以看出，无论是20阵元还是24阵元LOC的覆盖均能满足国际民航组织“附件10”的要求，但随着LOC阵列天线阵元数量的增加，双频LOC设备会拥有更好的方向性以及更强的辐射强度，两个载波之间的功率比也会进一步增大以保证CLR信号的覆盖，防止形成低余隙区和假航道。在选取适合所在机场的LOC天线系统时，应考虑机场周边地势以及场面布局，在地势平坦及开阔地区可选用阵元数量相对较少的天线系统；若航道附近因地势或建筑物等原因存在障碍物，应考虑阵元数量相对较多的天线系统来增强辐射信号的方向性，以减轻多径效应的影响，但不可避免的是这会导致设备成本的增加。

四、 结论

本文对20阵元和24阵元LOC天线系统水平辐射方向性进行了仿真和分析，得出随阵元天线的增加，会增强COU信号方向性与信号强度，且增大两个载波之间的功率比，从而减弱多径效应影响的结论，并给出机场建设LOC时天线单元数量的选择建议。