CC BY
289
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 152
УДК 621.396
ВЛИЯНИЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ И ИНДУСТРИАЛЬНЫХ ПОМЕХ НА ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОЙ НАВИГАЦИОННО-ПОСАДОЧНОЙ РАДИОАППАРАТУРЫ
В.И. КОНДРАШОВ, В.Ю. ФОРОСТЯН
В статье представлены методики и результаты исследований высокочастотных трактов бортовой навигационно-посадочной аппаратуры метрового диапазона частот. Даны рекомендации по их постоению на основе международных рекомендаций “АШЫС” и “Норм летной годности самолетов НЛГС - 3”.
Ключевые слова: индустриальные помехи навигационно-посадочной радиоаппаратуры, точностные характеристики.
Введение
В настоящее время в эксплуатации, в том числе на международных авиалиниях, находится большое количество самолетов, оснащенных бортовой навигационно-посадочной радиоаппаратурой (НПА) III поколения [1].
В обеспечение определения формальной возможности эксплуатации такой аппаратуры, а также радиооборудования IV поколения аналогичного назначения [2], в условиях повышающихся требований международных документов “АШЫС”, “Норм летной годности самолетов НЛГС - 3” в части помехозащищенности (ПМЗ) и электромагнитной совместимости (ЭМС) бортовых радионавигационных и посадочных средств при их использовании на современных воздушных и аэродромных пространствах, необходимо проведение соответствующих работ, основными целями которых являются:
исследование характеристик эксплуатируемой аппаратуры III поколения на соответствие современным требованиям ПМЗ и ЭМС и нахождение путей ее модернизации в обеспечение применения в усложненной помеховой обстановке;
разработка принципов построения оборудования IV поколения с соответствующими требуемым характеристиками по ПМЗ и ЭМС.
1. Методика и результаты исследования характеристик НПА
Помехи, воздействующие на аппаратуру с указанным уровнем и диапазоном частот, систематизированы в статьях [3, 4]. В настоящей статье показывается влияние на характеристики аппаратуры помех трех типов:
немодулированной помехи (НМП), интермодулированной помехи (ИМП) и помехи перекрестной модуляции (ППМ) [3].
Измерения проводились на испытательном стенде, блок-схема которого представлена на рис. 1. Рис.2 иллюстрирует методику проведения исследования.
На антенный вход устройства навигационного посадочного (УНП) совместно с полезным непрерывным амплитудно-модулированным сигналом от лабораторного иммитатора маяков ЛИМ-70 поочередно подавались помехи трех указанных типов: НМП, ИМП, ППМ. В соответствии с выбранной частотой и режимом работы маяка, устанавливаемых на ЛИМ-70, осуществляется выбор рабочей частоты от пульта управления (ПУ) и режима УНП от селектора режимов. На выходном разъеме УНП проводились замеры номинальных сигналов отклонения курсового и глиссадного приемников в соответствии с ГОСТ 22563-77 и ГОСТ 22533-77.
I - лабораторный имитатор маяков ЛИМ-70;
2, 3 - генератор ВЧ сигналов Г4-151;
4 - ВЧ - тройник;
5 - пульт управления;
6 - источник постоянного напряжения Б5 - 13;
7 - селектор режимов;
8 - выпрямитель В- 504;
9 - курсовой приемник;
10 - синтезатор частот курсовой;
II - синтезатор частот глиссадный;
12 - глиссадный приемник;
13 - блок НЧ курсовой;
14 - блок посадки;
УНП - устройство навигационно-посадочное Рис. 1. Блок-схема измерительного стенда для испытаний НПА на устойчивость к радиопомехам
8(1) = А0[1+М0со8(^01 + у)]со8ю01
П^) = А!С08Юі1; Аі =
3 .
4
УНП
К селектору режимов
К селектору режимов
П2(1;) = А2[1+Мсоз(^01 + у)]созю21:; А2 =
, . . . пю3 ± шю4 ~ ю0; п, т = 1, 2
ВД = А3С08Ш31 +А4С08Ш41; а3>>а0- А4>>А0
1 - синтезатор частот курсовой;
2 - синтезатор частот глиссадный;
3 - курсовой приемник;
4 - глиссадный приемник;
5 - блок НЧ курсовой;
6 - блок посадки;
П1(1) - немодулированная помеха (НМП);
П2(1) - помеха перекрестной модуляции (ППМ); П3(1) - интермодулированная помеха (ИМП); 8(1) - полезный сигнал
Рис. 2. Структура сигналов, помех и радиотехнические средства при проведении измерений по ПМЗ и ЭМС аппаратуры
В качестве контрольного прибора использовался осциллограф С1-67. Работоспособность УНП определялась по наличию световой индикации готовности „Курс”, „Глиссада” - на передней панели селектора режимов. Измерялась чувствительность УНП в режимах навигации и посадки, т.е. чувствительность курсового и глиссадного приемников, по наличию индикации готовности при воздействии НМП, ИМП, ППМ заданного диапазона и уровня.
Исследование УНП изделия III поколения „Курс МП-70” в целом, так же, как и проверка характеристик его ВЧ тракта [3] показало несоответствие, в части ПМЗ, аппаратуры требованиям, предъявляемым к оборудованию IV поколения.
Так относительная чувствительность на каналах побочного приема для курсового приемника составила около 60дБ при расстройке ±40кГ ц и 40дБ для глиссадного приемника при расстройке свыше ±150кГц. Немодулированная помеха с уровнем 500мВ в диапазоне 118^136МГц приводила к снижению чувствительности УНП на 35дБ. Интермодуляционные помехи, вызывающие вторую гармонику, а также вторую субгармонику рабочей частоты, снижали чувствительность УНП примерно на 10дБ.
То есть для успешной эксплуатации аппаратуры III поколения в современных помеховых обстоятельствах необходима модернизация ее высокочастотных (ВЧ) трактов, например, в соответствии с принципами, изложенными в статье [3].
1
5
2
6
^ ®1 - Ю0 > Д®1
0 ю1 - ю 0 < Дю1
У2 Ю1 - Ю 0 > Д® 2
0 ю1 - ю 0 < Дю2
НПА IV поколения [2] в части ЭМС и ПМЗ, кроме требований на устойчивость к радиопомехам [3], должна удовлетворять жестким нормам на соответствие электрических характеристик в условиях воздействия мощной индустриальной помехи. Согласно нормам ГКР415-78, НЛГС-3 и международных стандартов „АЯШС”, „00-160” предъявляются следующие требования к НПА на устойчивость к индустриальной помехе:
не должно происходить нарушение работоспособности аппаратуры при воздействии на нее магнитного поля звуковой частоты, создаваемого током 20А частотой 400Гц в прямом проволочном излучателе, расположенном на расстоянии 0,15м от аппаратуры;
аппаратура должна соответствовать требованиям при воздействии на соединительные (межблочные) провода магнитного поля звуковой частоты, создаваемого током 30А в проводнике длиной 1м при частоте 400Гц и линейно снижаемого до величины 0,8 А при увеличении частоты до 15кГц;
аппаратура должна соответствовать требованиям при введении в „контрольный” провод межблочных жгутов напряжения 0,5В с 80%-й модуляцией частотой 1000Гц в диапазоне частот
0,15^300МГц, исключая рабочий диапазон частот.
С целью выяснения степени влияния помех магнитного поля звуковой частоты на НПА IV поколения и возможного заимствования технических решений проведено лабораторное исследование ПМЗ ВЧ усилительных трактов аппаратуры III поколения „Курс МП-70”. Рис.3 и 4 иллюстрируют соответственно методику проведения исследования ПМЗ ВЧ трактов НПА от мощного магнитного поля звуковой частоты и методику проверки работоспособности аппаратуры при введении напряжения в „контрольный” провод межблочных жгутов. Как показано на рис.3, на вход исследуемых приемников подавались непрерывные гармонические амплитудно-модулированные стандартные сигналы от ЛИМ-70. Магнитное поле звуковой частоты создавалось током 20 А частотой 400Гц в проволочном излучателе длиной 1 = 1м с помощью трансформатора. Величина тока контролировалась амперметром Д552.
1 - лабораторный иммитатор маяков ЛИМ-70;
2 - линейка питания;
3 - источник постоянного напряжения Б5-13;
4 - синтезатор частот курсовой;
5 - приемник курсовой;
6 - пульт управления;
7 - синтезатор частот глиссадный;
8 - приемник глиссадный;
9 - лабораторный автотрансформатор АРМ-8;
10 - трансформатор;
11 - проволочный излучатель 1=1м;
12 - амперметр Д-552
Рис. 3. Структура сигналов и радиотехнических средств при проведении измерений в условиях воздействия магнитного поля звуковой частоты
При проверке работоспособности НПА с „контрольным” проводом в межблочных жгутах, рис. 4, напряжение 0,5В в диапазоне частот 1^300МГц, исключая рабочий диапазон частот, с амплитудной модуляцией 80% частотой 1000Гц, подавалось от генератора Г4-151, стандартный сигнал на вход УНП - от ЛИМ-70. Контроль за формой сигнала с выхода детектора производится по осциллографу С1-5 5.
1
8(1:)=Ао[1+МоСоз(^о1+у)]созюо1
—115В 400Гц
/
9
/
1 0 -
—115В 400 Гц
+27В з
11
12
К осциллографу
К осциллографу
2
5
6
1
Б(1)=А0[1 +М0С08(П01+^)] С08Ю01
9
4 с
7
П(1)=А1 [ 1 +М1С08(П11+у)] СОЗЮ^
—115В
400Гц
ЛИВ з
К осциллографу
К осциллографу
1 - лабораторный иммитатор маяков ЛИМ-70;
2 - линейка питания;
3 - источник постоянного напряжения Б5-13;
4 - синтезатор частот курсовой;
5 - приемник курсовой;
6 - пульт управления;
7 - синтезатор частот глиссадный;
8 - приемник глиссадный;
9 - генератор ВЧ сигналов Г4-151
2
6
Рис. 4. Структура сигналов, помех и радиотехнических средств при проведении измерений с введением напряжения в «контрольный» провод межблочных жгутов
Проверка аппаратуры „Курс МП-70” на воздействие индустриальной помехи показала выполнение требований помехозащищенности. Полезный сигнал, снимаемый с выхода детектора, не искажался. Повышение напряженности электромагнитного поля за счет увеличения тока в проволочном излучателе до 50А, а также расширение частотного диапазона помехи в „контрольном” проводе до 500МГц, не приводило к изменению формы сигнала на выходе детекторов приемников.
Следовательно, технические решения, используемые в аппаратуре III поколения с целью ее защиты от индустриальных помех, применимы и для оборудования IV поколения.
2. Методика и результаты исследования характеристик активных антенн НПА
Активными антеннами (АА) или антеннами-усилителями (АУ) в радиотехнике принято называть устройства, объединяющие собственно антенну и активные элементы усиления, преобразования или генерации сигналов. Разделение АУ на пассивную и активную части невозможно из-за интегрального характера устройства. Интеграция антенн и активных элементов позволяет уменьшить размеры антенн, расширить полосу пропускания электрически коротких антенн, улучшить чувствительность приемных антенн, осуществить электронную подстройку антенн, эффективное симметрирование при соединении симметричной антенны с несимметричной линией передачи, улучшить электромагнитную совместимость радиосистем. Во многих случаях активные антенны позволяют реализовать одновременно несколько указанных преимуществ, причем выигрыш, например, в габаритах активных антенн может достигать несколько десятков раз по сравнению с пассивным аналогом при сохранении или даже улучшении электрических характеристик (полосы пропускания, чувствительности и т. д.). Активная антенна выполняется в виде одного блока. В общем случае это нелинейное и невзаимное устройство.
ЭМС активных антенн определяется следующими характеристиками: динамическим диапазоном, блокированием, взаимной модуляцией, перекрестной модуляцией.
Количественные характеристики ЭМС АУ НПА IV поколения определялись через напряженности полей помех и сигналов, заданных требованиями АМЫС и НЛГС-3, в полигонных условиях с помощью стандартной измерительной аппаратуры или в лабораторных условиях по описанной ниже методике. Методика измерения напряженности поля в лабораторных условиях основана на измерении напряжения на выходе АУ и пересчете этой величины в напряженности поля по известной действующей длине 1д(м) активной антенны на центральной частоте рабочего диапазона и известной частотной характеристике коэффициента усиления активной антенны
Оотн. (по напряжению) относительно его значения на центральной частоте рабочего диапазона. Напряжение на выходе активной антенны и и напряженность поля в месте приема Е связаны известной зависимостью [5]:
и = (1/2) • Е • 1д Оотн.; Е = (2И) / (1д Оотн.). (1)
Таким образом, зная величины 1д и Оотн., можно определить величину И по заданному значению Е (или наоборот).
Напряженности полей помех и сигналов рассчитывались, исходя из ожидаемых величин чувствительности аппаратуры, по каналам, в которых предполагается использовать АУ: по курсовому каналу (навигационная антенна) - Ипр = 1,5мкВ, 1д = 0,85м, Гр = 113МГц - средняя рабочая частота; по маркерному каналу - Ипр = 200мкВ, 1д = 0,4; Гр = 75МГ ц.
Динамический диапазон активных антенн Даа определяется отношением напряженности поля рабочего сигнала Е тах , при которой динамическая характеристика АА отклоняется от прямой линии на не более чем на 1дБ и чувствительности И пр, что соответствует по курсовому каналу Епр = 3,5мкВ/м, по маркерному каналу Епр = 1мкВ/м. Динамический диапазон АА должен быть не менее динамического диапазона приемника: 1,5мкВ^100мВ, т. е. 94дБ. Не должно возникать блокирования АА, определяемого по уменьшению рабочего сигнала на 1дБ при воздействии на нее помехи с напряженностью поля: 36мВ/м в диапазоне частот от 102,6 до 123,8МГц, исключая диапазон 113 ± 120кГц; 1,2В/м в диапазоне частот 2-24МГц и 123,8-136МГц; 750В/м в диапазоне 65-85МГц, исключая диапазон 74,5-75,5; рабочие сигналы 10мкВ/м на частоте 113МГц и 3мВ/м на частоте 75МГц.
Коэффициент перекрестной модуляции АА не должен превышать 3% при воздействии рабочего сигнала указанной величины и сигнала помехи для курсового канала величиной 3,6мВ/м в диапазоне частот от 105,74МГц до 120,21МГц и 482 мВ/м в диапазоне частот 0,19-1215МГц, исключая диапазон 113МГц ± 120кГц; 750мВ/м в диапазоне частот 65-75МГц исключая диапазон от 74,5 до 75,5МГц. Помеха интермодуляции 3-го порядка вида 21^2 на выходе АА НПА IV поколения не должна превышать 1,5 мкВ при воздействии двух мешающих сигналов с уровнем 3,6мВ/м в диапазоне частот 0,19 до 1215МГц, исключая диапазон 107,88-118,12МГц.
Схема измерения основных характеристик ЭМС АА типа АУ-001 М на транзисторе 2Т3120А представлена на рис.5. Делитель мощности В0-029 (поз.5) имеет развязку не хуже 18дБ в диапазоне от 40 до 400МГц, а в диапазоне 108-118МГц - не хуже 25 дБ, что обеспечивает развязку генераторов (поз.6,7). Сигналы от генераторов через делитель мощности поступают на короткий излучатель, размещенный в резонаторе испытуемой антенны (поз.4).
1 - селективный микровольтметр SMV 8,5;
2 - устройство ввода питания УВП-001;
3 - блок питания Б5-7;
4 - испытуемый блок (АУ-001М);
5 - делитель мощности В0-029;
6 - генератор Г4-107;
7 - генератор сигналов ВЧ Г4-143, Г4-31;
8 - вольтметр В3-13;
9 - комбинированный прибор Ц4313;
10- фильтр заграждающий (118^ 136 МГц) ЕУ2.067.360
Рис. 5. Схема измерений основных характеристик ЭМС АА
Частотная характеристика коэффициента усиления испытуемой антенны-усилителя, снятая через излучатель, показана на рис.6, практически совпадает по форме с частотной характеристикой коэффициента усиления АУ в свободном пространстве. Уровень 0дБ на рис.6 соответствует коэффициенту усиления полуволнового вибратора.
При измерении динамического диапазона использовался один генератор Г4-107 (поз.6), имеющий ступенчатый аттенюатор 0-119дБ/мкВ. Сначала производилась проверка динамического диапазона приемника БМУ 8,5 (поз.1), для чего генератор подключали непосредственно к приемнику. Затем генератор подключали ко входу контрольного излучателя испытуемого блока, а его выход - через УВП-001(поз. 2) - к приемнику. Зависимость ипр(дБ/мкВ) от и ген(дБ/мкВ) показана на рис. 7, (частота 113МГц). Как видно из рис.7 уровень ипр(дБ/мкВ) соответствует отклонению от прямой линии на 1дБ при Иген (дБ/мкВ) = 108,9 » 109дБ.
+2
0
-2
-4
-6
-8
-10
к
Г' Ч
/ V
/ V
✓ ✓ //■" * ^
N
и \ ч
\
/ / \
1 - АУ- 001М, снятая с помощью
контрольного штыря; 2 - АУ- 001М, снятая в свободном пространстве; 3 - АУ- 001, снятая в свободном пространстве. \ 1
V
Ч \
\ V
\
100 104 108 112 116 120 124 128 і МГц
70
1 - Динамический диа-
пазон ДАУ
2 - Уровень помехи при
блокировании Ебл
3 - Уровень помехи при перекрестной модуляции Епер
100 104 108 112 116 120 124 128
------ Измеренная частотная характеристика ЭМС
------Норма по техническому требованию
Рис. 6. Частотные характеристики Рис. 7. Частотные зависимости характери-
коэффициента усиления АУ стик ЭМС антенны АУ-001М
Затем генератор (поз.6) выключался и измерялось ИШАУ(дБ/мкВ). Динамический диапазон (ДАУ) определялся как
ДАУ=ЕГен(дБ/мкВ)-Еш(дБ/мкВ)=Иген(дБ/мкВ)- Иш(дБ/мкВ), т. к. Е = (2И) / (1д ^отн ).
Частотная зависимость ДАУ (1) показана на рис.8. Как видно, величина ДАУ (1) в рабочем диапазоне 108-118МГц не меньше 94дБ, что удовлетворяет техническим требованиям.
При измерении блокирования сигнала генератор (поз.6) включают (генератор поз.7 выключен), настраивают его и приемник на частоту 113МГц и выставляют такой уровень сигнала, чтобы показание приемника составило
И = (1/2)-Б-1д ^отн = (1/2)-10мкВ/м-0,85-1=4,25 мкВ(12,6дБ/мкВ).
Затем включают генератор (поз. 7) на частоте, например, 114МГц (не перестраивая приемник) и увеличивают его мощность до тех пор, пока показания приёмника не уменьшатся на 1 дБ (т.е. 11,6 дБ/мкВ).
После этого на частоте 114 МГц измеряют уровень помехи и по формуле Е = (2И) / (1д ) пересчитывают его в напряженность поля.
После измерения блокирования на заданных частотах измеряют уровень блокирования приемника. При измерении блокирования АУ на частотах помехи 118-136МГц применяется фильтр (поз.10), который при измерении на частоте 113МГц ослабляет уровень помехи, приходящей к приемнику, на 20-30дБ.
Частотная зависимость уровня помехи, при которой происходит блокирование АУ, показана на рис.7. Пунктиром выделена та часть характеристики, которая определяется не АУ, а прием-
Евз > 80 дБ/мкВ/м (норма Евз >71дБ/мкВ/м) Рис. 8. Зависимость ивз от Еп
ником. Как видно, требования по блокированию выполняются во всем диапазоне (100-136)МГц, кроме участка (124-129)МГц. На частоте 124МГц уровень помехи на 5дБ ниже требуемого.
При измерении перекрестной модуляции сначала включают генератор (поз.6) и настраивают его и приемник на частоту 113МГц. На генераторе включают модуляцию сигнала и, установив на приемнике уровень в/ч сигнала 12,6 дБ, измеряют по вольтметру уровень н/ч сигнала. Модуляцию сигнала после этого выключают.
Затем включают генератор (поз.7) на частоте, например, 114МГц. Включают модуляцию и устанавливают уровень сигнала на генераторе (поз.7) такой, чтобы показания н/ч вольтметра составляли 3% от показания при измерении полезного сигнала.
После измерения перекрестной модуляции на заданных частотах измеряют уровень перекрестной модуляции приемника. При измерении перекрестной модуляции АУ на частотах помехи 118-136МГц применяется фильтр (поз.10).
Частотная зависимость уровня помехи, при которой уровень перекрестной модуляции равен 3%, показана на рис.7. Пунктиром выделена та часть характеристики, которая определяется не АУ, а приемником. Как видно, требования по перекрестной модуляции выполняются с большим запасом в диапазоне 106-120МГц и не выполняются вне этого диапазона. На частотах 106 и 120МГц уровень помехи ниже требуемого на 7-8дБ.
При измерении интермодуляции сигнала включают генератор (поз.6) и приемник на частоту 118,12МГц, устанавливая уровень генератора такой, чтобы показание приемника составило
и = (1/2) • Е • 1д • д/Оотн = (1/2) • 3,6мВ /м • 0,85м • 1 = 1,53мВ(63,7дБ /мкВ).
Затем включают генератор (поз. 7) и настраивают его и приемник на частоту 120МГц, устанавливая такой уровень генератора, чтобы показание приемника составило
И = (1/2) • 3,6мВ / м • 0,85м • 0,8 = 1,22мВ (62,4дБ/мкВ).
Затем приемник перестраивают на частоту
2^ = 2 • 118,12МГц-120МГц = 116,24МГц и измеряют уровень интермодуляции. Если уровень интермодуляции слишком мал и не фиксируется приемником, то увеличивают, например, уровень сигнала на генераторе (поз. 6) последовательно на 10, 20, 30дБ и, не перестраивая частоту приемника, измеряют уровень интермодуляции.
После измерения интермодуляции на заданных частотах проверяют уровень интермодуляции приемника, выставляя уровни сигналов те же, что и при измерениях интермодуляции антенн.
Результаты измерения интермодуляции нескольких комбинаций частот представлены на рис.8. Как видно, в самом опасном случае (^ = 118,12МГц, = 120МГц) уровень напряженно-
стей полей Е1, Е2, при котором уровень интермодуляции на выходе АУ равен 1,5мкВ (3,5дБ/мкВ), составляет не менее 80дБ/мкВ/м (10мВ/м), что превышает технические требования (3,6мВ/м).
Результаты измерений показали, что технические требования к характеристикам ЭМС активной антенны курсового АУ-001М выполняются в части: динамического диапазона, взаимной модуляции, перекрестной модуляции, воздействия импульсной помехи, блокирования.
3. Основные направления повышения ПМЗ и ЭМС НПА
При выборе основных направлений повышения ПМЗ и ЭМС НПА IV поколения принимались во внимание следующие факторы: состав РТС на объектах-носителях аппаратуры IV поколения, помеховая обстановка, заданная требованиями на аппаратуру; характеристики сигналов наземных маяков (уровень, вид излучения, полоса частот, стабильность и др.), характеристики ПМЗ элементной базы аппаратуры.
С учетом непрерывного характера сигнала, принимаемого бортовой НПА, основные рекомендации в обеспечение ПМЗ аппаратуры направлены на повышение защищенности ВЧ тракта аппаратуры путем использования входных фильтров и фильтров сосредоточенной селекции (ФСС) с повышенной избирательностью (в частности фильтров на поверхностных акустических волнах, ПАВ), а также за счет расширения динамического диапазона усилительных элементов тракта, и применение соответствующих схемных решений.
Вопросам сравнительного анализа характеристик преселектора аппаратуры III поколения и предлагаемых для аппаратуры IV поколения преселекторов на ПАВ посвящена статья [3]. Преимущества фильтров на ПАВ бесспорны [5], однако использование входных цепей с фильтрами на ПАВ в рабочем диапазоне НПА является сложной инженерно-технической задачей, поскольку в этом случае вносимые потери составляют 10^20дБ, что существенно снижает чувствительность аппаратуры.
В решении проблемы расширения динамического диапазона приемников и, следовательно, в вопросах обеспечения защищенности от мультипликативной помехи, важное место занимает ПМЗ активных антенн, поскольку антенна является первым звеном ВЧ тракта. Наиболее приемлемым путем улучшения характеристик аппаратуры представляется использование элементной базы с расширенным динамическим диапазоном (полевые транзисторы, биполярные транзисторы большой мощности и т. п.). Известно, что в резонансных АУ в тех случаях, когда согласование собственно антенны с усилительным прибором близко к согласованию по мощности, то при оптимальном режиме питания полевые транзисторы обеспечивают выигрыш по нелинейным искажениям относительно биполярных. В нерезонансных АУ полевые транзисторы должны обеспечивать значительно лучшую линейность по сравнению с биполярным даже без оптимизации режима питания [4].
Проблема повышения защищенности от мультипликативной помехи путем использования активных элементов ВЧ тракта с расширенным динамическим диапазоном и применение соответствующих схемных решений описана в статье [3].
Исследование аппаратуры III поколения показало выполнение требований по ПМЗ, предъявляемых к аппаратуре IV поколения в части индустриальной помехи, поэтому в НПА IV поколения могут быть приняты те же меры, которые в настоящее время реализованы в НПА Ш поколения: поблочное экранирование, минимизация длины проводов связи, применение витых пар, использование биполярного сигнала в межсистемном цифровом обмене, применение защитных фильтров по входам (выходам) отдельных блоков.
Использование коммутируемого преселектора на основе полосовых пьезоэлектрических фильтров на ПАВ в НПА IV поколения
Применение фильтров на ПАВ в бортовой НПА позволяет значительно уменьшить габариты и вес аппаратуры, упростить настройку, существенно повысить избирательность и технологичность в процессе производства [5]. Одним из применений гребенки фильтров на ПАВ является многоканальное устройство разделения частот - мультиплексор. Такое устройство принимает сигналы в широком диапазоне частот и распределяет их по нескольким узкополосным каналам [3].
Для коммутации ПАВ-фильтров могут быть использованы диодные и диоднотранзисторные варианты построения коммутирующих схем.
При исследованиях пять опытных образцов фильтров ПАВ гребенки, спроектированных и изготовленных по специальным требованиям НПА, размещались на одной общей подложке. Каждый фильтр содержал 2 одинаковых преобразователя. Апертуры преобразователей составляли около 30 длин волн.
В результате измерений характеристик образцов фильтров на ПАВ получены следующие результаты:
1. Форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и ширина полосы пропускания близки к расчетным значениям.
2. Вносимое затухание (В,дБ) одиночного фильтра составляет 16-22дБ в зависимости от толщины металлизации.
3. При соединении со схемой коммутации вносимое затухание канала увеличивается на 6-10дБ.
4. Наблюдаются искажения формы АЧХ в полосе пропускания, возрастающие с ростом толщины металлизации, вызванные масс-электрическими отражениями ПАВ от электродов.
5. Подавление ближних боковых лепестков АЧХ составляет 40-45дБ, но имеются ангармо-ники при расстройке на несколько АГ
Экспериментальные характеристики одного из каналов показаны на рис.9 вместе с результатами расчета.
Рис. 9. Амплитудно-частотные характеристики канала мультиплексора Выводы
1. В статье показана принципиальная возможность обеспечения требований по ПМЗ и ЭМС, предъявляемых отечественными и международными стандартами к НПА IV поколения.
2. Рассмотренные технические решения по реализации аппаратуры IV поколения, в основном, удовлетворяют требованиям. При использовании входных цепей на фильтрах ПАВ, с потерями в полосе пропускания 15дБ, максимальная чувствительность устройства высокой частоты курсового (УВЧК) составляет 3мкВ, при снижении потерь во входном фильтре до 10дБ чувствительность повышается до 2мкВ при отношении сигнал/шум на выходе приемника не менее 10дБ и заданной помеховой обстановке.
Для обеспечения защиты от перекрестной и интермодуляционной помехи предпочтителен вариант построения смесителя на полевых транзисторах.
3. Измерение электрических характеристик ВЧ трактов и точностных характеристик аппаратуры, при воздействии радиопомех, заданных помеховой обстановкой в зонах современных аэропортов, выявило недостаточность мер по ПМЗ в эксплуатируемых изделиях III поколения. Даны рекомендации по модернизации ВЧ трактов аппаратуры Курс МП-70.
4. На основании анализа характеристик полезного сигнала при заданной помеховой обстановке, технических характеристик существующей и перспективной элементной базы основными мерами обеспечения ПМЗ для НПА III-IV поколения являются:
повышение избирательности входных цепей и цепей ФСС ВЧ тракта за счет использования преселекторов на базе фильтров на ПАВ и полосовых кварцевых фильтров на объемной волне с улучшенными характеристиками, а также расширение динамического диапазона усилительного ВЧ тракта за счет использования соответствующих схемных решений и элементной базы в части активных элементов для аппаратуры и АУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хаймович И.А., Иванов П.А., Устроев Ю.Е., Аксамит А.А., Панов Э.А. Бортовые радиоустройства посадки самолетов. - М.: Машиностроение, 1980.
2. Кондратов В.И., Федоренко В.Н. Бортовые радиотехнические средства ближней навигации и инструментальной посадки летательных аппаратов // Научно-технический журнал «Технология и конструирование в электронной аппаратуре», Киев-Одесса. - 2002. - №1.
3. Кондратов В.И., Форостян В.Ю. Исследование влияния внешних физических полей на премники бортовой самолетной навигационно-посадочной аппаратуры: Сб. статей ТНС «Проблемы ЭМС радиоэлектронных средств». - Москва - Таганрог: Радио и связь, 1982.
4. Цыбаев Б. Г., Романов Б.Н. Антенны-усилители. - М.: Сов. радио, 1980.
5. Фильтры на поверхностно-акустических волнах / под ред. Г. Мэттьюза. - М.: Радио и связь, 1981.
DOMINANCE OF RADIO-TECHNICAL AND INDUSTRIAL NOISE ON PRECISION
CHARACTERISTICS OF AIRCRAFT NAVIGATION AND LANDING RADIO-APPARATUS
Kondrashov V.I., Forostaan V.U.
In the article are represented the techniques and researches results of high-frequency channel circuits of onboard aircraft navigation-landing metre-frequency range radio-apparatuses. The recommendations on their construction with requirement of international documents ARINC and Norms of airworthy, NA-3 are given in the article.
Сведения об авторах
Кондрашов Виктор Иванович, 1939 г.р., окончил МАИ им. С. Орджоникидзе (1964), доктор технических наук, вице-президент, академик Аэрокосмической Академии Украины, главный конструктор радиотехнических систем навигации и посадки летательных аппаратов, лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники, автор более 240 научных работ, область научных интересов - радионавигация, радио и гидролокация, радиотехнические системы, дистанционное зондирование, синтез структур и обработка сигналов.
Форостян Виталий Юрьевич, 1948 г.р., окончил Днепропетровский университет, ведущий инженер Укр НИИРА, автор 12 научных работ, область научных интересов - исследование и разработка ВЧ трактов.
