无方向性信标机及其天线综述

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1、无方向性信标机及其天线综述研发中心党立宏摘要机载无线电罗盘是一种M型最小值法测向设备，专门为飞行员提供地面导航台与飞机之间的相对角度，无方向性信标机就是为罗盘提供全向信号的地面导航设备，本文着重叙述了信标机及其天线系统的部分知识，并通过部分实例计算进行阐述。关键词：无线电归航台、信标机、天线、罗盘、极化1概述无向信标机（NDB）是一种中波导航发射机，向空间全方位发射无线电信号。将其安装在跑道中心延长线时，具有辅助着陆和近程导航的两种功能。如图1所示：图1无线电导航台位置NDB工作在190～550KHz频率范围内，发射功率为

2、400～1000W，一般的为500W，有效作用距离不小于150Km。不同的导航台识别信号不同，识别信号由2个英文字母组成，用莫尔斯电码以20～30个字母/min的速度拍发，通常用等幅报方式发射识别信号，每隔45S连续拍发两边，跟着发30S一长划，供机载ADF识别用。大型的的机场配有双归导航台，近台离跑道头1000m，远台离跑道头4000m，并且机场的双着陆方向的两端都配有导航台，工作频率相同，但是识别码不同，而且不能同时开放。2天线辐射方向性图和电磁波极化方式为了防止在电波传播过程中出现天波干扰，降低测向精度，选用长中波波

3、段利用地面传播，这样就不易出现天波干扰，因此NDB系统工作频率f=150～750KHz（国际民航附件十中规定150～1750KHz，这里论述为常用频段）,工作波长λ=2000～400米,λ/4=500～100米。线式天线最佳辐射振子臂长:。在一般情况下这样长的天线很难实现;并且NDB用于辅助着陆时受静空条件限制。通常使用的天线长度，即近台天线12米，远台天线40米。天线的电长度（相对于波长的倍数）值很小。为了防止在夜间电离层较低的情况下出现天线干扰，常选用工作频率f=150～300KHz；对于f=300KHz，，其电长度。

4、所以NDB天线相对于其工作波长来说是短小天线，这样NDB天线可按基本电振子分析其方向性图和辐射性能（NDB的加顶短小天线垂直辐射体激励电流振幅分布较均匀和电流相位差值不大，它接近于基本电振子轴线各点激励电流等幅同相的情况）。图2是垂直地面基本电振子与导电地面或地网组成的辐射系统及其方向性图。方向性图的最大值指向地平面方向，有利于防止出现天波干扰。IZhθ接收点X图2-1垂直平面示意图（测试图）ZX+1-1Θ=90ºθF（Θ）=cos(Θ)图2-2垂直面半“∞”字形方向性图（子午面或E面）Ψ方位角接收点Y图2-3水平面示意图

5、（顶视图）YXΨF(Ψ)=1图2-4水平面全向性方向性图（赤道面或H面）图2基本电振子与导电地面（或地网）辐射系统及其方向性图水平面方向性图为全向性，即垂直向性图为全向性为横半“∞”字形，当时，；当时，。当时，，与零仰角电平相比，信号电平降低35dB左右，然而飞机穿越NDB台天线顶空时距离已经非常近，ADF接收机仍正常工作。如果认为2°顶空盲区使接收机不能工作，则在飞机飞行高度H=1000米的情况下，接收机不能工作距离约为2×1000×sin1°=34.9米；按飞机飞行速度为40米/秒考虑，只有1.15秒接收机不能工作；而

6、飞机过NDB台时，罗盘指针反打，故飞机穿过NDB台时机上不能观察到接收机，暂停工作。加顶短小天线的辐射功率类同于基本电振子辐射功率，其辐射功率表示为：式2.1其中,Ⅰ为天线输入电流的有效值且沿振子均匀分布，为辐射电阻,当不考虑导电地面或地网影响时辐射电阻为,式2.2当考虑导电地面或地网并把其反射波用等效镜像振子时，二者共同等效一个垂直对称基本振子，其总长度为2he，但是镜像振子是无源振子，所以加顶短小天线与导电地面或地网系统辐射电阻为对称基本电振子辐射电阻的一半，即式2.3当时,；当时,。在值很小的情况下，预想提高辐射功率

7、，就必须增大天线电流Ⅰ值。短小天线的辐射电阻很小将会带来很多问题，例如，辐射功率小，天线效率低，工作通频带窄，天线根部高频电压很高易打火等。NDB导航属于长波导航，长波信号适合用地波传播。地波是沿地表面传播的电磁波，地面对它的衰减应很小，但是地面具有导电性，要求沿地面传播的电磁波结构应符合导电地面的边界条件(即电场矢量垂直地面，磁场矢量平行于底面)；地面只允许垂直极化波(电场矢量垂直于地面的电磁波)传播，而水平极化波（电场矢量平行于地面的电磁波）传播时感应出地面电流，很快被地面吸收而衰减掉。所以NDB发射天线辐射体应垂直安

8、装，产生垂直极化波。NDB横向加顶部分应水平安装，水平顶产生的水平极化波衰减很快，对远区场强无影响，故仍能仍能保持电磁波垂直极化性。对于波长为千米级的长波，电离层与地球表面构成的环形空间类似波导，在其空间可以传播长波的高次模场；这种传播着的高次模式电磁波满足导电地面的边界条件（电场矢量垂直地面磁场矢量平