高度表天线在复合材料飞机蒙皮上的安装使用方法概述

王国璋

陕西长岭电子科技有限责任公司 陕西 宝鸡 721006

引言

某型飞机在试飞过程中无线电高度表出现了这样的现象：飞机起飞前无线电高度表上电，无线电高度表输出数据正常；飞机起飞上升过程，无线电高度表输出数据正常；飞机600m水平高度巡航时，无线电高度表下电；飞机降落前，无线电高度表上电，无线电高度表输出高度1.8m，一直持续到距离地面50m无线电高度表输出数据恢复正常。

检查某型飞机上的无线高度表收发机，各项指标均合格；检查某型飞机上的高频电缆和无线电高度表天线，均无破损。某型飞机上的无线高度表天线周围无金属遮挡物，也没大功率的发射源，仅仅是安装无线电高度表天线的飞机蒙皮是复合材料。

1 原理分析

1.1 机理分析

无线电高度表天线通常是安装在飞机的金属蒙皮上，我们已习惯用180°的无线电高度表天线方向图分析问题。飞机蒙皮换成复合材料后，就需要使用360°的无线电高度表天线方向图。从360°的无线电高度表天线方向图可看出，无线电高度表天线后向仅比前向小22dB。

如果无线电高度表收发机近距灵敏度为60dB，发射功率为20dBm，那么-40dBm的回波接收信号就能导致无线电高度表跟踪近距。如果无线电高度表天线后向的上方全是金属外壳的设备、支架、板面等，相当于在无线电高度表天线后向形成一个耦合腔，发射功率为20dBm经无线电高度表天线后向发射和接收，到达无线电高度表收发机接收端的功率为：20dBm～22dB，耦合腔损耗为：（dB）-22dB。

全金属的耦合腔损耗如果按0dB计算，无线电高度表收发机接收端的功率不超过-24dBm，完全会导致无线电高度表跟踪近距。通过上述分析，如果无线电高度表天线后向耦合的功率低于某型飞机停在地面时的地面回波信号接收功率，但比-40dBm强，会造成“起飞上升过程无线电高度表工作正常，开始下降时无线电高度表上电跟踪近距”的现象[1]。

1.2 天线仿真

为了查找问题原因，对无线电高度表天线在复合材料飞机蒙皮上安装进行了360°方向图仿真。从仿真的结果看，天线的后向增益最大为-11.5dB，天线的前向增益最大为10.5dB。

按照无线电高度表天线在复合材料飞机蒙皮上安装方式，假设无线电高度表天线是在金属材料飞机蒙皮上安装，进行了360°方向图仿真，从仿真的结果看，天线的后向增益最大为-12.5dB,天线的前向增益最大为10.5dB。详见图1。

图1 无线电高度表天线在金属材料飞机蒙皮上安装的方向图仿真

2 试验验证

2.1 试验方法

无线电高度表收发天线安装在玻璃布板上，无线电高度表收发天线后方0.4m处装一块铝板，周围4个面用铜箔包裹，在无线电高度表收发天线的后向形成一个金属耦合腔，模拟某型飞机的装机情况[2]。

无线电高度表收发天线口面朝天，发射天线接无线电高度表收发机发射端，接收天线接频谱仪。

2.2 试验数据

给收发机上电，测得数据如下：

最大接收功率：-28.0dBm（频率：4.189GHz）；

最小接收功率：-34.2dBm（频率：4.133GHz）。

3 解决措施

3.1 解决方法

根据试验结果和上述分析，只要将无线电高度表收发天线后向方向图各减小6dB就可以解决。因此，我们提出了如下措施：

3.1.1 复合材料内表面垫吸波材料；

3.1.2 复合材料内表面贴薄铝板；

3.1.3 天线采用安装架安装。

考虑到用户落实措施的可行性和落实后的可靠性，决定采用天线安装架安装[3]。

3.2 措施验证

3.2.1 仿真验证。无线电高度表天线设计安装架：将天线嵌入金属安装架围框中，围框厚度为4mm，围框周围带法兰。其安装示意图见图2。

图2 天线安装示意图

3.2.2 试验验证。将无线电高度表收发天线分别采用安装架安装在玻璃布板上，采用3.1条的试验方法，测得数据如下：

最大接收功率：-40.2dBm（频率：4.129GHz）；

最小接收功率：-46dBm（频率：4.183GHz）。

4 解决结果

将解决措施落实到某型飞机上后，飞行正常。

5 结束语

随着我国航空事业的发展，为了节约飞机油耗、减轻飞机重量、增大航程，复合材料蒙皮将会在飞机上应用的越来越广泛。本论文描述的问题和无线电高度表天线在复合材料飞机蒙皮上的安装使用方法希望能够在后续的应用中起到借鉴作用。