【摘 要】本文从天线辐射原理阐述了航向天线阵辐射信号（CSB/SBO）的相位关系，及该特殊的相位关系在实际设备维护调试中的应用
【关键词】空间调制 二元点阵航道结构
仪表着陆系统(Instrument landing System)简称ILS，一般称之为盲降，从它的称呼可以理解ILS在仪表导航中的重要作用。ILS由航向（LOC）和下滑（GS）设备组成，分别向带有ILS接收设备的飞机提供偏离下滑道左右和上下的信号指示。航向与下滑设备的基本原理相同，本文对航向天线的论述方法同样可以适用于下滑天线系统。希望以下的讨论可以为大家正确理解ILS设备的工作原理提供帮助。
航向天线阵将机房送来的RF信号CSB和SBO进行幅度与相位的分配，以不同的幅度和相位关系馈给每个天线单元，通过电磁信号的辐射，在空间产生调制合成，形成航道扇区。对单频航向而言，每个天线单元都包括了相应幅度与相位的CSB和SBO信号。这些信号之间的相位幅度关系直接影响了扇区的线性和航道的位置。下面对这些信号的相位关系及空间信号的合成进行进一步的讨论。
航向天线阵最基本的组成是每一对与中心线等距的天线单元。为了说明空间合成信号的方向性图。这里引入了天线理论中二元点阵概念。如图1，两个距中心为d的天线单元1和2，辐射信号为E0，在远场某处P，单元1和2的场强差异可以忽略，但由于路径的差而导致一个相位差。由于是在远场，单元1、2至P点的路径可以认为是平行的，由此得出相位差θ=2π*2dsinφ/λ=2kdsinφ单位为弧度，其中k=2π/λ。
总接收信号是两个信号的矢量和。如图2
则合成信号幅度
E=2E0COSθ/2
=2E0COS（kdSinφ）
=2E0COS(2πdSinφ/λ)
从表达可以看出在 2πdSinφ/λ=nπ(n=0,±1,±2，±3…)时,E为最大值，
同理φ=arcsin(nλ/2d)时，E为最小值，n为奇数，可以得到如图3的天线方向图。
对于两个反相的天线单元，合成E＝2E0sin(2πdSinφ/λ)
在φ=arcsin(nλ/2d)时E为最小值
在实际的航向天线中，天线单元为对数周期天线，有很强的方向性，如图5，设其信号场强为Ee，根据天线理论则两个同相对数周期天线单元的合成信号E=Ee*E
其方向如图6两个反相天线的合成方向如图7
如果是由多对天线组成的天线阵，则最后合成的总信号为E=E1+ E2+E3… 为各对天线合成信号的叠加。
如果以MK10单频普通孔径天线阵的第一对天线为例，其第一对天线距中心为0.82m，设其工作频率为110MHz，则由λ=c/f=2.727m
根据公式φ=arcsin(nλ/2d) n=0时，φ=0，CSB信号有第1个最大值，SBO信号有第1个最小值
n=1时，φ=58.9°，CSB信号有第2个最大值，SBO信号有第2个最小值
n=2时，φ=73.3°，CSB信号有第3个最大值，SBO信号有第3个最小值
根据公式φ=arcsin(nλ/4d)
n=0时，φ=39.7°, CSB信号有第1个最小值，SBO信号有第1个最大值
n=3时，φ=68.2°，CSB信号有第2个最小值，SBO信号有第2个最大值
需要说明的是，在实际的情况中，由于对数周期天线的方向性很强，不存在那么多的最大值和最小值。
所以，在正常的航向设备中，左右天线单元中的CSB信号正是采用了同相馈电使跑道中心线上信号幅度达到最大值。而左右SBO信号采用反相馈电，在中心线上信号幅度得到最小值为0，如图8所示。因此在理想的情况下，跑道中心线上的DDM为0。在航向设备的调试中，需要修剪每对天线馈线的长度，使中心线DDM为0，其实就是调整左右天线SBO的馈电相位，使之在中心线上左右天线的SBO信号刚好反相，得到SBO的幅度最小值0，DDM也为0。
上面讨论了一对天线中左右天线的CSB信号之间以及左右天线的SBO信号之间的相位关系。在实际的情况下，空间某一处的DDM，与该点CSB与SBO之间的相位关系有着相应的关系。根据空间调制的理论，图11CSB与SBO正交时，空间调制为0，同相或反相时产生最大调制，空间调制表达式m=Asbo/Acsb*cosΦ，其中A为幅度，Φ为CSB与SBO相差。为了简化，我们只讨论一对天线的情况，假设左天线信号为CSB1和SBO1，并且假设SBO1落后CSB1为90度，根据前面的结论，右天线的信号为CSB2和SBO2，CSB2与CSB1同相，SBO2与SBO1反相，其矢量图如图9。在空间任一点，左右天线信号以任一相位差合成，由图10可见，只要每个天线单元中CSB与CSB正交就可以使合成信号CSB与SBO同相合成，产生最大的空间调制。航向天线阵正是采用了这种特定的相位关系，使SBO信号在CSB信号上产生最大的调制，达到最大的DDM值。所以在航向天线分配单元的每个天线输出端口中，CSB与SBO信号始终是正交的。这在需要一定航道宽度的情况下，可以让SBO的发射功率降至最低。SBO发射功率降低也同时降低了SBO信号的反射，减少了对航道结构的影响。理论上讲，最佳的CSB/SBO相位也就可以达到最佳的航道结构。同时，我们也可以从图中看到一个特殊情况，就是在跑道中心线上，左右天线信号不存在相位差，SBO1与SB02互相抵消，CSB1与CSB2最大合成,所以在航向中心线上，接收信号电平也是最大的。
如果讨论一下另外的一个特殊情况，就是SBO信号进行移相90度，使左天线中CSB1与SBO1同相，则右天线中CSB2与SBO2反相，根据矢量图11，我们发现合成信号CSB与SBO始终正交，无法产生空间调制，DDM为0。
以上这两种特殊情况为我们调整和测试航向设备CSB与SBO相位提供了两种简单而方便的方法。在实际的应用中，比如在设备调试维护或飞行校验中需检查CSB/SBO相位的相位时，我们可以在SBO通道中串入90度电缆，使SBO的相位偏离正常值90度，然后在远场测试DDM或者测量在单个天线分配输出馈线中取样信号的DDM，调整CSB/SBO的相对相位，使DDM指示为0，这也表示单个天线输出信号中的CSB/SBO信号相位差别是0或180度，然后我们移除SBO通道中的90度电缆，就得到了CSB/SBO信号相位差别为90或270度的状态。当然相差270度的状态不是实际需要的，可以通过外场信号测试的DDM占优情况来判断。Wilcox公司的MKII与MK10提供了相位检测的接口，其信号就是以1R或2R中取样；NORMARC与THALES也提供了有关的测试器件和方法。