Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты)

Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радиомаячным системам формата ILS для обеспечения инструментального захода на посадку и посадки самолетов.

Уровень техники

Основным средством обеспечения инструментального захода самолетов гражданской авиации на посадку и посадки являются радиомаячные системы посадки (СП) метрового диапазона длин волн формата ILS (Instrument Landing System). Радиомаячные системы посадки имеют почти вековую историю развития. История развития СП в США описана в [Watts, С.В., Jr. Instrument Landing Scrapbook / С.В., Jr. Watts. - Trafford Publishing, 2005. 392 p.p.]. Основные вехи развития СП в нашей стране освещены в [НИИ-33 / ВНИИРА. История становления и развития Всесоюзного НИИ радиоаппаратуры - СПб.: 2007. - 291 с.].

Радиомаячная СП включает в себя курсовой радиомаяк (КРМ), глиссадный радиомаяк (ГРМ), бортовую аппаратуру (БА).

КРМ установлен на продолжении оси взлетно-посадочной полосы (ВПП), на стороне, противоположной стороне захода самолета на посадку. Антенна КРМ излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот 108-112 МГц, модулированные по амплитуде сигналами тональных частот f₁=90 Гц, f₂=150 Гц. Поверхность, на которой разность глубин модуляции (РГМ) сигналами f₁ и f₂ равна нулю, представляет собой вертикальную плоскость, проходящую через ось ВПП.

В процессе эксплуатации первых радиомаячных систем СП была обнаружена связь между точностными характеристиками СП и размерами и расположением местных предметов на аэродроме, таких как здание аэровокзала, ангары, стоянки самолетов и др., Следует отметить, что проблема влияния волн, отраженных от окружающей местности, существует для всех радиотехнических угломерных навигационных систем. Однако для СП эта проблема является критической. Это обусловлено высокими требованиями к точности ILS, которые на порядок превышают таковые к другим аэродромным навигационным и радиолокационным системам.

Естественным стремлением разработчиков радиомаячных систем решить проблему влияния местных предметов на точность задания курса было сужение диаграммы направленности (ДН) антенны КРМ в горизонтальной плоскости, при которой местные предметы не облучались бы сигналами КРМ. Однако пилоту трудно попасть в узкую зону. Международной организацией гражданской авиации (ИКАО) установлены минимальные угловые размеры зоны действия системы ILS [1. Приложение 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь. Том 1. Радионавигационные средства. ИКАО, Монреаль (Канада), 2006. - 606 с.]: ±35° в азимутальной плоскости для КРМ и от 1° до 7° в угломестной плоскости для ГРМ.

Проблема обеспечения, с одной стороны, высокой точности задания траектории полета путем сужения ДН антенн и, с другой стороны, широких зон действия КРМ и ГРМ была решена в радиомаяках с двухчастотным режимом работы. При этом используется так называемый эффект захвата (capture effect). Двухчастотный режим ILS предполагает формирование двух высокочастотных сигналов: основного - сигнала узкого канала (УК) и дополнительного - сигнала широкого канала (ШК). Задачей УК является формирование узких угловых зон: зоны курса в пределах ±2° относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП). В этих зонах задается линейная зависимость между величиной информационного параметра (РГМ) и угловым отклонением самолета от заданной траектории. Широкий канал обеспечивает пилота информацией во всей остальной зоне действия, "указывая" направление "правильного" движения к траектории снижения. При этом несущая частота сигнала ШК смещена относительно частоты сигнала УК на ±(5-15) кГц.

Путем формирования ДН специальной формы добиваются существенного превышения уровня сигналов УК по сравнению с уровнем сигналов ШК в пределах узкой зоны в пределах ±2° в азимутальной плоскости и существенного превышения уровня сигналов ШК по сравнению с уровнем сигналов УК в пределах зоны наведения.

В нормах ИКАО УК обозначают как курсовой канал (CRS), ШК обозначают как клиренсный канал (CLER). Вначале появления двухчастотных маяков сигнал УК излучался одной антенной решеткой с большим количеством излучающих элементов для создания узкой ДН, а сигнал ШК излучался второй антенной решеткой с меньшим количеством излучающих элементов для создания в пространстве широкой диаграммы направленности. В бортовой же аппаратуре реализован "режим захвата", заключающийся в том, что аппаратура выделяет сигнал с большей амплитудой. В результате в узком секторе углов в направлении продолжения оси ВПП самолет ориентируется по сигналам УК, а за его пределами по сигналам ШК.

Позднее для излучения сигналов УК и ШК стали использовать одну и ту же антенную решетку (АР). Тогда в составе двухчастотного КРМ оказалось устройство распределения мощности, которое позволило одной и той же АР излучать одновременно сигналы УК и ШК. Фактически в двухчастотных КРМ с общей антенной для излучения сигналов УК и ШК устройство распределения мощности содержало все элементы фидерных трактов предшествующего варианта двухчастотного КРМ с раздельными антеннами плюс устройства суммирования сигналов поделенных сигналов УК и ШК. Такое построение аппаратуры позволило получить более экономичное решение за счет сокращения антенны для излучения сигналов ШК, однако привело к ряду недостатков, отмеченных ниже при рассмотрении аналогов и прототипа.

Для определенности при описании технических решений будем далее иметь в виду сферическую систему координат с осью Oz, перпендикулярной к поверхности Земли. Начало координат находится на продолжении оси ВПП, в точке, являющейся проекцией центра антенны КРМ на упомянутую плоскость. Азимутальный угол φ отсчитывается от направления продолжения оси ВПП.

Антенно-фидерный тракт двухчастотного КРМ совместно с передающим устройством формируют в пространстве следующие сигналы.

Сигнал "несущая плюс боковые частоты" (НБЧ) узкого канала

(НБЧУК) :

Сигнал "боковые частоты" (БЧ) узкого канала (БЧ УК)

,

Сигнал "несущая плюс боковые частоты" (НБЧ) широкого канала

(НБЧ УК) :

,

Сигнал "боковые частоты" (БЧ) широкого канала (БЧ ШК) :

,

где:

,

,

,

,

φ - азимутальный угол,

t - время,

- комплексная пространственная диаграмма направленности (ДН) антенны двухчастотного КРМ по сигналу НБЧ узкого канала, , - амплитудная ДН по сигналу НБЧ УК,

ψ₁(φ) - фазовая ДН антенны двухчастотного КРМ по сигналу НБЧ УК,

- комплексная ДН антенны двухчастотного КРМ по сигналу БЧ УК,

- амплитудная ДН по сигналу БЧ УК,

ψ₂(φ) - фазовая ДН антенны двухчастотного КРМ по сигналу БЧ УК,

- комплексная ДН антенны двухчастотного КРМ по сигналу НБЧ ШК, ,

- амплитудная ДН по сигналу НБЧ ШК,

ψ₃(φ) - фазовая ДН антенны двухчастотного КРМ по сигналу НБЧ ШК,

- комплексная ДН антенны двухчастотного КРМ по сигналу БЧ ШК, ,

- амплитудная ДН по сигналу БЧ ШК,

ψ₄(φ) - фазовая ДН антенны двухчастотного КРМ по сигналу БЧ ШК,

ω^ук - угловая частота несущей сигнала узкого канала,

ω^шк - угловая частота несущей сигнала широкого канала,

m - глубина модуляции сигнала УК (ШК) на входе антенны,

Ω₁=2πf₁, Ω₂=2πf₂,

а^ук - коэффициент, равный отношению амплитуд напряжений сигналов с угловыми частотами Ω₁ и Ω₂ модуляции в каналах БЧ и НБЧ узкого канала на входе антенны (величиной коэффициента а^ук регулируют крутизну зоны УК).

а^шк - коэффициент, равный отношению амплитуд напряжений сигналов с угловыми частотами Ω₁ и Ω₂ в каналах БЧ и НБЧ широкого канала на входе антенны (величиной коэффициента а^шк регулируют уровень РГМ в широкой зоне),

b - коэффициент, равный соотношению амплитуды сигнала НБЧ ШК к амплитуде сигнала НБЧ УК на входе антенны.

Принятый на борту самолета суммарный сигнал U^Σ(φ,t) на входе приемника является узкополосным сигналом. Сигнал U^Σ(φ,t) подвергается линейному детектированию. Для нахождения сигнала на выходе линейного детектора ниже воспользуемся методикой, используемой для описания детектирования квазигармонических колебаний [Баскаков, С.И. Радиотехнические цепи и сигналы / С.И. Баскаков. - М: Высшая школа. - 2005. - 464 с]. Для точного нахождения амплитуд колебаний Ω₁ и Ω₂, выделяемых низкочастотными фильтрами, и постоянной составляющей используем разложение модуля огибающей суммарного сигнала в ряд Фурье. Глубину модуляции колебанием с частотой Ω₁ (Ω₂) найдем как частное от деления амплитуды колебания Ω₁ (Ω₂) к постоянной составляющей.

Известен первый с эффектом захвата двухчастотный курсовой радиомаяк системы инструментального обеспечения захода самолетов на посадку, представленный в патенте US 4032920 E.J. Martin (Two-Frequency Instrument Landing System with Integral Monitor, МПК: G01S 1/16, опубл. 28.06.1977), содержащий:

- устройство для генерации на первой частоте сигнала курса, содержащего "несущую плюс боковые частоты", и сигнала, содержащего только "боковые частоты";

- устройство для генерации на второй частоте сигнала клиренса, содержащего "несущую плюс боковые частоты" и сигнала, содержащего только "боковые частоты";

- одну антенную решетку, содержащую некоторое количество пар излучающих элементов, расположенных на противоположных сторонах относительно продолжения оси взлетно-посадочной полосы, часть упомянутых пар приспособлена излучать мощность курсовой и клиренсной частот;

- устройство распределения мощности упомянутых курсового и клиренсного сигналов с количеством выходов, равным количеству пар излучающих элементов;

- упомянутое устройство распределения мощности содержит устройства для неравного деления мощности сигналов и подачи с заданными относительными амплитудами курсового и клиренсного сигналов с соответствующих выходов на упомянутую группу пар излучающих элементов;

- устройство распределения мощности сигнала "боковых частот", принимающее только боковые частоты упомянутых курсового и клиренсного каналов с количеством выходов, соответствующим количеству пар излучающих элементов;

- упомянутое устройство распределения мощности содержат устройства для неравного деления принятых сигналов только "боковых частот" и подачи комбинации курсовой и клиренсной мощности с заданными относительными амплитудами с выходов на упомянутую группу пар излучающих элементов

- устройство распределения мощности сигнала "несущая плюс боковые частоты", принимающее только сигнал "несущая плюс боковые частоты" упомянутых курсового и клиренсного каналов с количеством выходов, соответствующим количеству пар излучающих элементов;

- упомянутое устройство распределения мощности содержит устройства для неравного деления принятых сигналов только "несущая плюс боковые частоты" и подачи комбинации курсовой и клиренсной мощности с заданными относительными амплитудами с выходов на упомянутую группу пар излучающих элементов

- и устройства суммирования-деления, каждый из которых связан с соответствующей парой излучающих элементов и имеющий пару входов связанных с соответствующими выходами упомянутых устройств распределения мощности и делителями мощности сигналов только "боковых частот" соответственно и пару выходов соединенных с соответствующими элементами подобных пар элементов для их питания

- каждое из упомянутых устройств работает в комбинации с несущей и только "боковыми частотами", поставляемыми на их входы и делят результирующий составной сигнал на равные части между двумя излучающими элементами пары.

Недостатком первого известного двухчастотного КРМ является сложность его устройства распределения мощности, накапливающиеся ошибки в устройстве распределения мощности. Упомянутые устройства, как правило, неремонтоспособны, неперестраиваемые в известном смысле из-за того, что обнаруживаемые неисправности в распределителе мощности в процессе или после завершения процесса отладки распределителя сложны и трудоемки для коррекции.

Известен радиочастотный распределитель мощности для антенной решетки курсового радиомаяка системы инструментальной посадки, представленный в патенте R.W. Redlich (US 4907005 Radiofrequency power distributer for instrument landing system localizer antenna arrays, МПК: G01S 1/16, опубл. 06.03.1990), содержащий комбинацию ряда делителей мощности на основе четвертьволновой линии передачи и направленных ответвителей на два направления для сложения и деления мощности. Применение распределителя R.W. Redlich устраняет некоторые недостатки известного первого курсового радиомаяка, поскольку упомянутый распределитель проще распределителя, предложенного в патенте US 4032920 E.J. Martin, экономичен и просто регулируется в процессе отладки.

Однако известный второй двухчастотный КРМ с распределителем R.W. Redlich также сложен, неремонтоспособен, неперестраиваемый из-за того, что обнаруживаемые неисправности в распределителе мощности в процессе или после завершения процесса отладки распределителя сложны и трудоемки для коррекции.

Известен третий двухчастотный курсовой радиомаяк [СП-90, радиомаяк курсовой (РМК). Техническое описание ИЦРВ.461512.019ТО, НИИИТ-РТС, 1996-1999].

Известный третий двухчастотный КРМ содержит передатчик УК с выходом БЧ УК и выходом НБЧ УК, передатчик ШК с выходом БЧ ШК и выходом НБЧ ШК, линейную решетку из 8 пар излучающих элементов, расположенных на противоположных сторонах относительно продолжения оси взлетно-посадочной полосы, устройство распределения мощности упомянутых сигналов УК и ШК с количеством выходов, равных количеству пар излучающих элементов; упомянутое устройство распределения мощности содержит делитель мощности сигналов БЧ УК (Б) для неравного деления сигналов БЧ УК с одним входом и восьмью выходами 1Б, 2Б, 8Б, делитель мощности НБЧ УК (В) для неравного деления сигналов НБЧ УК с одним входом и восьмью выходами 1В, 2В,…, 8В, делитель мощности БЧ ШК (А) для неравного деления сигналов БЧ ШК с одним входом и семью выходами 2А, 3А,…, 8А, делитель мощности НБЧ ШК (Г) с одним входом и семью выходами 2Г, 3Г,…, 8Г, четырнадцать сумматоров мощности на основе 3 дБ квадратурных направленных ответвителей с первым и вторым входом, один из выходов которого нагружен на согласованную нагрузку, 44 согласованные нагрузки, двадцать один фазовращатель, восемь мостов с первым и вторым входом, первым и вторым выходами. В общей сложности четыре упомянутых делителя мощности построены на двадцати шести направленных ответвителях, имеют тридцать выходов. В обозначениях выходов буква (индекс) на второй позиции указывает на принадлежность устройства к соответствующему делителю мощности.

Выходы передатчиков соединены с одноименными входами делителей мощности. Так, например, выход БЧ УК передатчика УК соединен со входом делителя мощности БЧ УК, выход НБЧ УК соединен со входом делителя НБЧ УК.

Выход 1Б соединен с первым входом первого суммарно-разностного моста, а выходы 1В и 1Г поступают на первый и второй вход первого 3-х дБ квадратурного направленного ответвителя (НО), второй выход которого соединен с первым суммарно-разностным мостом. Выходы 2А и 2Б соединены с первым и вторым входами второго 3-х дБ квадратурного НО, выход которого соединен с первым входом второго суммарно-разностного моста, второй вход которого соединен с выходом 2В.

Выходы с индексами nA и nБ, где n=3, 4,…, 8 соединены с первым и вторым входами (2n-3)-го 3-х дБ квадратурного НО, соответственно, второй выход которого соединен с первым входом n-го суммарно-разностного моста. Выходы с индексами nB и nГ соединены с первым и вторым входами (2n-2)-ого 3-х дБ квадратурного направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом n-го суммарно-разностного моста.

Выходы суммарно-разностных мостов соединены с соответствующими парами ИЭ АР.

В результате излучения сигналов в окружающем пространстве формируются структура электромагнитного поля в соответствии с четырьмя ДН: для сигналов БЧ УК, НБЧ УК, БЧ ШК, НБЧ ШК. В результате сложения в пространстве четырех сигналов формируется зависимость информационного параметра от азимутального угла, удовлетворяющая требованиям соответствующих норм и стандартов.

Недостатки известного третьего варианта:

- сложность в изготовлении и настройке устройства распределения мощности сигналов по ИЭ АР,

- большие потери мощности в устройстве распределении мощности, так, например, при суммировании сигналов узкого и широкого каналов в сумматоре теряется на поглощение в согласованных нагрузках 50% мощности,

- накопление ошибок в аплитудно-фазовом распределении сигналов в ИЭ АР за счет большого количества элементов тракта на пути от передатчика до ИЭ.

Выберем в качестве прототипа третий известный двухчастотный КРМ: КРМ СП-90.

Раскрытие изобретения

Технический результат настоящего изобретения заключается в существенном упрощении аппаратуры двухчастотного КРМ, снижении потерь электромагнитной энергии в устройстве распределения мощности сигналов передатчиков по излучающим элементам антенной решетки, уменьшении накопления ошибок в амплитудно-фазовом распределении сигналов по излучающим элементам антенной решетки.

Технический результат достигнут тем, что в двухчастотный курсовой радиомаяк (КРМ), содержащий передатчик узкого канала (УК) с выходом сигнала "боковые частоты" (БЧ УК) и выходом сигнала "несущая плюс боковые частоты" (НБЧ УК), передатчик широкого канала (ШК) с выходом сигнала БЧ ШК и выходом сигнала НБЧ ШК, антенную решетку (АР), состоящую из N пар (N≥1) излучающих элементов (ИЭ): N левых ИЭ и N правых ИЭ с номерами от 1 до N, отсчитываемых от центра АР к ее краям, разнесенных по разные стороны относительно продолжения оси взлетно-посадочной полосы, а также делитель мощности сигналов "боковые частоты" (ДМ БЧ), делитель мощности сигналов "несущая плюс боковые частоты" (ДМ НБЧ), N трехдецибельных квадратурных направленных ответвителей (3 дБ НО), первый и второй входы которых развязаны между собой, N фазовращателей на 90°, дополнительно введены первый и второй направленные ответвители (НО), каждый из которых имеет первый и второй развязанные между собой входы, первый и второй выходы, N фазовращателей на 90°, первый фазовращатель на 90°, второй фазовращатель на 90°, при чем ДМ БЧ имеет один вход и N-1 выходов, ДМ НБЧ имеет один вход и N-1 выходов, при этом выход БЧ УК передатчика УК соединен с первым входом первого НО, а выход БЧ ШК передатчика ШК соединен со втором входом первого НО, первый выход первого НО соединен со входом ДМ БЧ, второй выход первого НО соединен последовательно с первым фазовращателем на 90° и с первым входом первого 3 дБ НО, выход НБЧ УК передатчика УК соединен с первым входом второго НО, а выход НБЧ ШК передатчика ШК соединен со вторым входом второго НО, первый выход второго НО соединен со входом ДМ НБЧ, второй выход второго НО соединен последовательно со вторым фазовращателем на 90° и со вторым входом первого 3 дБ НО,…, каждый (K-1)-ый выход ДМ БЧ соединен с первым входом K-ого 3 дБ НО (K=2, 3,…,N), каждый (K-1)-ый выход ДМ НБЧ соединен со вторым входом K-го 3 дБ НО, первый выход каждого 3 дБ НО соединен последовательно с фазовращателем на 90° и левым ИЭ АР, при этом номер 3 дБ НО совпадает с номером соединяемого с ним левым ИЭ, второй выход каждого 3 дБ НО соединен с правым ИЭ АР, при чем номер 3 дБ НО совпадает с номером соединяемого с ним правого ИЭ.

В другом варианте двухчастотный КРМ, содержащий передатчик УК с выходом БЧ УК и выходом НБЧ УК, передатчик ШК с выходом БЧ ШК и выходом НБЧ ШК, антенную решетку (АР) 1 с нечетным числом 2N+1 (N≥1) излучающих элементов (ИЭ): N левых ИЭ, N правых ИЭ и центральный ИЭ, делитель мощности сигнала "боковые частоты" (ДМ) БЧ, делитель мощности сигнала "несущая плюс боковые частоты" (ДМ НБЧ), N трехдецибельных квадратурных направленных ответвителей (3 дБ НО), у которых первый и второй входы развязаны между собой, N фазовращателей на 90° дополнительно содержит первый направленный ответвитель (НО) с первым и вторым развязанными между собой входами, первым и вторым выходами, второй направленный ответвитель с первым и вторым развязанными между собой входами, первым и вторым выходами, первый фазовращатель на 90° и второй фазовращатель на 180°, причем делитель мощности ДМ БЧ имеет один вход и N выходов, делитель мощности ДМ НБЧ имеет один вход и N выходов; при этом выход БЧ УК передатчика УК соединен с первым входом первого НО, а выход БЧ ШК передатчика ШК соединен со вторым входом первого НО, первый выход первого НО соединен со входом ДМ БЧ, второй выход первого НО соединен последовательно с первым фазовращателем на 90° и с первым входом первого 3-х дБ НО, первый выход ДМ БЧ соединен с первым входом второго 3-х дБ НО,…, (к-1)-ый выход ДМ БЧ соединен с первым плечом к-ого 3-х дБ НО,…, (N-1)-ый выход ДМ БЧ соединен с первым входом N-ого 3-х дБ НО; выход НБЧ УК передатчика УК соединен с первым входом второго НО, а выход НБЧ ШК передатчика ШК соединен со вторым входом второго НО, первый выход второго НО соединен со входом ДМ НБЧ, второй выход второго НО соединен последовательно со вторым фазовращателем на 180° и центральным ИЭ; первый выход ДМ НБЧ соединен со вторым входом первого 3-х дБ НО,…, к-ый выход ДМ НБЧ соединен со вторым входом к-го 3-х дБ НО,…, N-ый выход соединен со вторым входом N-ого 3-х дБ НО. Первый выход каждого 3-х дБ НО соединен последовательно с соответствующим фазовращателем на 90° и с левым ИЭ таким образом, что номер фазовращателя и номер 3-х дБ НО совпадают с номером соединенного с ними левого ИЭ; второй выход каждого из N 3-х дБ НО соединен с правым ИЭ АР таким образом, что номер 3-х дБ НО совпадает с номером соединенного с ним правого ИЭ.

При поступлении сигналов с выходов БЧ УК, НБЧ УК, БЧ ШК и НБЧ ШК на соответствующие входы устройства, их делении первым и вторым НО в заданном соотношении на два направления каждым, делении сигналов с заданным амплитудами ДН БЧ и ДН НБЧ, делении сигналов 3-х дБ НО на две равные доли, фазировании сигналов и излучении сигналов ИЭ АР в пространстве формируются четыре ДН: ДН для сигналов БЧ УК, НБЧ УК, БЧ ШК, НБЧ ШК. Складываясь в пространстве (с учетом ДН), сигналы в совокупности формируют требуемую зависимость информационного параметра (РГМ) от азимутального угла. В этой зависимости равенство РГМ нулю соответствует направлению продолжения оси ВПП. Сигнал с большей глубиной модуляции тоном 150 (90) Гц свидетельствует о том, что точка наблюдения находится справа (слева) от оси ВПП.

Введение в состав двухчастотного КРМ первого и второго НО, первого фазовращателя на 90° и второго фазовращателя на 90°, ДМ БЧ с одним входом и N-1 выходами, ДН НБЧ с одним входом и N-1 выходами (в отличие от прототипа, в котором ДМ БЧ и ДМ НБЧ делят сигнал на N выходов) и их соединение указанным выше образом позволило существенно сократить количество устройств двухчастотного КРМ:

- вместо двух отдельных делителей: ДМ БЧ УК на N направлений и ДМ БЧ ШК на N-1 направлений двухчастотный КРМ по настоящему изобретению содержит первый направленный ответвитель на два направления, первый фазовращатель на 90° и первом и втором вариантах двухчастотного КРМ - ДМ БЧ на N-1 направление;

- вместо двух отдельных делителей: ДМ НБЧ УК на N направлений и ДМ НБЧ ШК на N-1 направление двухчастотный КРМ по настоящему изобретению содержит второй направленный ответвитель на два направления, второй фазовращатель на 180° и ДМ БЧ на N-1 направлений в первом варианте и делитель на N направлений во втором варианте двухчастотного КРМ;

- исключены из состава двухчастотного КРМ 2N-2 сумматоров мощности.

По существу, в двухчастотном КРМ по настоящему изобретению реализован новый подход к распределению мощности передатчиков УК и ШК и формированию ДН.

В прототипе сигналы передатчиков УК и ШК на первом этапе делятся независимыми друг от друга четырьмя ДМ и на втором этапе попарно суммируются и далее поступают на входы суммарно-разностных устройств, с выхода которых поступают на ИЭ.

В двухчастотном КРМ по настоящему изобретению мощность сигналов УК и ШК на первом этапе предварительно делится на две части. Первая часть мощности упомянутых сигналов поступает непосредственно на пару ИЭ в первом варианте (например, на первый левый и первый правый или на второй левый и второй правый) или на центральный ИЭ во втором варианте, а вторые части мощностей сигналов суммируются друг с другом. На втором этапе просуммированные сигналы делятся общими ДМ, с выходов которых поступают на суммарно-разностные устройства, с выходов которых поступают на остальные ИЭ АР. Благодаря излучению первой части мощности формируется широкая ДН. Вследствие излучения сигналов 2N-2 ИЭ в первом варианте или 2N ИЭ во втором варианте двухчастотного КРМ формируется узкая ДН. Первая и вторая ДН являются парциальными ДН для соответствующих сигналов. Вследствие противофазности сигналов, излучаемых первой группой излучателей и второй группой излучателей, формируется ДН с "вырезкой". В результате для сигналов ШК формируются амплитудные ДН с узким "провалом" в окрестности направления - продолжения оси ВПП и пьедесталов за пределами этого узкого сектора.

Предложенные технические решения позволили решить ряд задач:

1) существенно упростить двухчастотный КРМ за счет более рационального выполнения устройства распределения мощности передатчиков УК и ШК по излучающим элементам антенной решетки,

2) снизить трудоемкость и стоимость изготовления двухчастотного КРМ,

3) уменьшить потери электромагнитной энергии в фидерном тракте двухчастотного КРМ,

4) уменьшить накопление ошибок в амплитудно-фазовом распределении сигналов по излучающим элементам АР,

5) упростить настройку двухчастотного КРМ при его изготовлении,

6) повысить целостность двухчастотного КРМ.

Решение первой задачи достигнуто за счет упрощения устройства распределения мощности в результате использования одного и того же делителя для деления как сигналов БЧ УК, так и для сигналов БЧ ШК (НБЧ УК и НБЧ ШК).

Решение второй задачи достигнуто за счет снижения количества устройств для распределения мощности.

Решение третьей задачи получено за счет исключения из состава устройства распределения мощности сумматоров мощности сигналов УК и ШК, в которых теряется в нагрузке 50% мощности, поступающей как на первый, так и второй вход.

Решение четвертой задачи достигнуто за счет сокращения количества элементов тракта на пути от передатчиков до ИЭ АР.

Решение пятой задачи получено, во-первых, за счет снижения количества элементов тракта в устройстве распределения мощности, во-вторых, за счет более рационального (более свободного) размещения элементов устройства распределения на объединяющей их плате.

Решение шестой задачи достигнуто за счет снижения количества соединительных кабелей в антенне двухчастотного КРМ.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема соединений двухчастотного КРМ по первому варианту настоящего изобретения.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - антенная решетка (АР) излучающих элементов (ИЭ); в обозначении ИЭ АР цифра на первой позиции указывает номер ИЭ при счете ИЭ от центра АР к ее краю, буква л(п) указывает на то, что ИЭ расположен левее (правее) центра АР; левая и правая стороны определяются наблюдателем, смотрящим в сторону АР и заходящего на посадку самолета, находясь сзади АР;

2 - первый направленный ответвитель (HO1);

3 - второй направленный ответвитель (HO2);

4 - первый фазовращатель (на 90° в первом и втором вариантах настоящего изобретения);

5 - второй фазовращатель (на 90° в первом варианте и на 180 во втором варианте по настоящему изобретению);

6 - делитель мощности сигнала "боковые частоты";

7 - делитель мощности сигнала "несущая плюс боковые частоты";

8 - трехдецибельные квадратурные направленные ответвители с первым входом и вторым входом, первым выходом и вторым выходом;

9 - фазовращатели (на 90°).

На фиг. 2 представлена другая схема соединений двухчастотного КРМ по первому варианту настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлена схема соединений двухчастотного КРМ по второму варианту настоящего изобретения. На фиг. 3 дополнительно введено обозначение нулевого 0-го излучателя, расположенного в центре АР.

На фиг. 4 представлен в изометрии вариант исполнения антенной решетки излучающих элементов с общим рефлектором; приведена декартова система координат с началом в центре 0-го излучателя и полярная система координат с азимутальным углом φ, отсчитываемым от продолжения оси взлетно-посадочной полосы (ВПП); на фиг. 4 дополнительно введены обозначения:

10 - АР ИЭ с общим рефлектором,

11 - трубчатые проводники рефлектора АР.

На фиг. 5 приведены амплитудные ДН центрального вибратора (0-го вибратора):

101 - амплитудная ДН для сигнала НБЧ ШК , сформированная центральным вибратором в составе АР с общим рефлектором;

102 - амплитудная ДН для сигнала НБЧ ШК , сформированная центральным вибратором с общим рефлектором при отсутствии остальных вибраторов.

На фиг. 6 - приведены первая и вторая парциальная ДН и приближенная ДН для сигнала НБЧ ШК:

103 - вторая парциальная амплитудная ДН для сигнала НБЧ ШК, сформированная совместно 16-тью вибраторами: с первого по восьмой левыми и с первого по восьмой правыми вибраторами. Центральный вибратор нагружен на согласованную нагрузку;

101 - первая парциальная амплитудная ДН для сигнала НБЧ ШК, сформированная центральным вибратором. С первого по восьмой левые и с первого по восьмой правые вибраторы нагружены на согласованные нагрузки;

104 - приближенная ДН для сигнала НБЧ ШК, сформированная совместно первой (101) и второй (103) парциальными ДН.

На фиг. 7 - приведены фазовые ДН для сигнала НБЧ ШК:

105 - фазовая ДН для сигнала НБЧ ШК, сформированная центральным вибратором;

106 - фазовая ДН для сигнала НБЧ ШК, сформированная совместно 16-тью вибраторами: с первого по восьмой левыми и с первого по восьмой правыми вибраторами;

107 - зависимость от азимутального угла разности фаз сигнала НБЧ ШК, излученного центральным излучателем, и сигнала НБЧ ШК, излученного совместно 16-тью вибраторами: с первого по восьмой левым и с первого по восьмой правыми вибраторами.

На фиг. 8 приведены приближенная и точная амплитудные ДН для сигнала НБЧ ШК, при излучении всех 17-ти вибраторов:

104 - приближенная амплитудная ДН для сигнала НБЧ ШК,

108 - точная амплитудная ДН для сигнала НБЧ ШК.

На фиг. 9 приведены первая и вторая парциальные ДН и приближенная ДН для сигнала БЧ ШК:

109 - первая парциальная амплитудная ДН для сигнала БЧ ШК, сформированная первым левым и первым правым вибраторами. Со второго по седьмой левые и со второго по восьмой правые вибраторы нагружены на согласованные нагрузки;

110 - вторая парциальная амплитудная ДН для сигнала БЧ ШК, сформированная совместно 14-тью вибраторами: со второго по восьмой левыми и со второго по восьмой правыми вибраторами. Первый левый и первый правый вибраторы нагружены на согласованные нагрузки;

111 - приближенная амплитудная ДН для сигнала БЧ ШК, сформированная совместно шестнадцатью вибраторами.

На фиг. 10 приведены для сравнения приближенная и точная ДН для сигнала БЧ ШК:

111 - приближенная амплитудная ДН ,

112 - точная амплитудная ДН для сигнала БЧ ШК.

На фиг. 11 приведена зависимость 113 РГМ^шк от азимутального угла φ для сигнала ШК

На фиг. 12 приведены: амплитудная ДН для сигнала БЧ УК, формируемая АР из 16-ти вибраторов,

114 - амплитудная ДН для сигнала НБЧ УК, формируемая АР из 17-ти вибраторов,

115 - амплитудная ДН для сигнала БЧ УК, формируемая АР из 17-ти вибраторов.

На фиг. 13 приведена зависимость 116 РГМ^ук от азимутального угла φ для сигнала УК.

На фиг. 14 приведены для сравнения амплитудные ДН: для сигнала БЧ УК 115 и БЧ ШК 112.

На фиг. 15 приведены для сравнения амплитудные ДН: для сигнала НБЧ УК 114 и НБЧ ШК 108.

На фиг. 16 приведена зависимость 117 ΡΓΜ^Σ от азимутального угла φ при совместной работе УК и ШК.

В таблице 1 приведены задержки по фазе сигналов ШК и сигналов УК.

В таблице 2 приведено амплитудно-фазовое распределение токов сигнала ШК БЧ в АР.

В таблице 3 приведено амплитудно-фазовое распределение токов сигнала ШК НБЧ в АР.

В таблице 4 приведено амплитудно-фазовое распределение токов сигнала БЧ УК в АР.

В таблице 5 приведено амплитудно-фазовое распределение токов сигнала НБЧ УК в АР.

Осуществление изобретения

Обратимся теперь к фиг. 1, на которой представлена функциональная схема двухчастотного КРМ в соответствии с настоящим изобретением по первому варианту.

Представленный двухчастотный КРМ содержит передатчик УК (на фиг. 1 не показан) с выходом БЧ УК и выходом НБЧ УК, передатчик ШК (на фиг. 1 не показан) с выходом БЧ ШК и выходом НБЧ ШК, антенную решетку (АР) 1, включающую в себя N пар излучающих элементов (ИЭ): N левых (1л, 2л,…, Кл,…, Νл) и N правых (1п, 2п,…, Κп,…, Νп) ИЭ, первый направленный ответвитель (HO1) 2 и второй направленный ответвитель (HO2) 3, первые и вторые - плечи 21 и 23, 31 и 33, соответственно, которых развязаны, первый фазовращатель 4 на 90°, второй фазовращатель 5 на 90°, делитель мощности ДМ БЧ 6 с одним входом и N-1 (61, 62,…, 6(к-1),… 6(Ν-1)) выходами, делитель мощности ДМ НБЧ 7 с одним входом и N-1 (71, 72,…, 7(к-1),…, 7(Ν-1)) выходами, N трехдецибельных квадратурных направленных ответвителей (3-х дБ НО), N фазовращателей 9 (91, 92,…, 9Ν) на 90°. В приятых выше обозначениях ИЭ АР цифрой на первой позиции указан номер излучающего элемента при счете элементов от центра решетки к ее краю. Буква л(п) на второй позиции указывает на то, что элемент расположен слева (справа) от центра АР. На аэродроме двухчастотный КРМ установлен так, что центр АР находится на продолжении оси ВПП. А левая и правая стороны определяются наблюдателем, смотрящим в сторону заходящего на посадку самолета. При этом АР находится между наблюдателем и ВПП, т.е. наблюдатель смотрит на антенну с задней стороны.

В качестве передатчиков УК и ШК в настоящем изобретении могут быть применены, например, передатчики УК и ШК двухчастотного КРМ системы посадки СП-90.

В качестве ИЭ АР может быть использована широко применяемая в КРМ, например в двухчастотном КРМ системы посад