航空无方向性信标（NDB）天线与地网的设计原理及计算方法.pdfVIP

维普资讯 第2l卷第-l期 成 都 信 息 工 程 学 院 学 报 VoI．2lNo．1 ． ． 20I l6年2月 JOURNALOFCHEN ；DUUNIVERSITYOFINFORMATIONTECHNOL X；Y Feb．2006 文章编号：1671—1742 2006l0l一0096—05 航空无方 向性信标 NDB 天线与 地网的设计原理及计算方法 张兴旺 中国民航飞行学院，四川 广汉618307 摘要：在简单分析 “T”形天线和地波传输特点的基础上，以行业标准中对NDB覆盖半径和覆盖区中最小场强 为切入点，运用电磁波传输和天线与地网的工程公式，探索了NDB天线和地网的设计原理和计算方法。据此建立 相应的数学模型。 关 键 词：航空；无方向性信标；天线与地网；设计与计算 中图分类号：v243．4 文献标识码：A 航空无方向性信标 Non．DirectionBeacon 属于振幅型测角导航设备。它与飞机上的无线电罗盘配合使用， 能够较精确地测量飞机相对于导航台的方位。地面NDB导航台一般分为设置在走廊 口或航线转弯点的航线导 航台和设置在机场终端区的导航台，分别配以航空移动业务频段 中、长波 的不同频率和识别代码给飞行中的飞 机提供导航信息。虽然现在 ILS和DVOR／DME等精密导航设备大量地投入使用，民航也在不断开展基于星基 的CNS／ATM研究，但 NDB导航业务仍在广泛地应用。现民航对 NDB天线和地网的建设还没有现成的计算模 型，对其研究有一定的实用价值。 ’ 1 地波传输及直立天线的特点 1．1 地波传输特点 民航NDB使用的频率波长为中长波，而中长波可以用地波和天波两种方式传播。为了避免天波电离层的衰 落、磁暴等产生的影响，民航 NDB业务主要是通过合理地配置 T“”形天线的结构，采用地波传输。此种方式的优 点是没有多径效应，信号稳定 ，基本不受气象条件的限制，其缺点是受大地的影响较大，地面的不平坦性和电特性 都会影响传播的质量，尤其是频率升高时，传播损耗会迅速增大。 ’ 1．2 直立天线的特点 航空无方向性信标天线采用的“T”形天线是直立天线的一种，只不过在垂直辐射体的上端加了顶负载，提高 了垂直辐射体的效率。此类天线的特点是辐射适宜于地波传播的垂直极化波，其缺点是因结构所限不可能做得 太高，不能追求天线高度与使用波长的可比性，造成天线的电高度 h／2太小，从而产生以下问题：辐射电阻小，损 耗电阻大，造成天线效率低；天线输入电阻小，输入电抗大，造成工作频带很窄；当天线功率一定时，由于输入电抗 大，故输入电压很高，容易引起过压现象。 因此，对中长波 “T”形天线，在设计时主要考虑的问题就是在满足使用要求的前提下，解决以上3个问题。 2 NDB天线的设计原理及计算方法 2．1 天线的设计原理 NDB天线系统包括顶容线 水平部分 、下引线、接地线和地网。天线系统是否能有效辐射由发射机送来的 电信号，与天线系统的4个组成部分有密切的关系，由于直立天线以上所述的固有缺点，对中长波天线来讲，主要 收稿El期：2005—06—02；修订El期 ：2005—07—04 维普资讯 第l期 张兴旺：航空无方向性信标 NDB 天线与地网的设计原理及计算方法 97 解决的是功率容量、频带宽度和辐射效率问题。下面就分析改善这3个参数涉及到的主要因素或主要变量。 1 提高辐射效率 提高天线的辐射效率有两个途径：一是提高辐射电阻，二是降低损耗电阻。当直立天线的高度很低时，靠近 其顶端的电流很小，输入端 天线根部 电流很大，电流在天线上分布不均匀，造成发射效率较低。H 时，其 有效高度近似于实际高度的一半，。如能提高电流在天线上的均匀度，则可在不增加天线高度的前提下，提高天 线的有效高度，从而达到提高天线的目的。提高电流在天线上的均匀度通常有两种方法：一是加顶负载，二是加 电感线圈。航空无方向性信标 NDB 天线采用的是加顶负载，其目的是增大天线顶端与地之间的分布电容，垂直 天线上的电流波腹点上移，电流分布均匀，顶容线相当予一垂直导线，提高了天线的有效高度。加顶等效高度可 由电学公式计算： 设顶电容为 ，加顶等效垂直高度为h，天线特性阻抗为Zf，那么…： Z~ctgah 吉ctg l 其中，口：2丌 为相位常数 天线加顶后等效高度 h0 h+h 天线分布电流 J sina h0一 其中，』0为天线输入端电流 ’ SIn n 。 。 天线水平长度为f，天线加顶后的有效高度为： l sina tg 当ho很，J、时，h h 1一 因h／h0 l，故h 0．5h ． 由以上公式看出，顶容线等效的垂直高度h与 有关，天线加顶后，有效高度加大。 以上为提高辐射电阻的措