Глиссадный радиомаяк
GLIDE-PATH TRANSMITTER

1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах инструментального обеспечения захода на посадку самолетов государственной авиации. Глиссадные радиомаяки (ГРМ) дециметровых волн формата посадочной радиомаячной группы (ПРМГ), входящие в упомянутые системы, формируют зону глиссады, предназначенную для управления самолетом в вертикальной плоскости. ГРМ в соответствии с настоящим изобретением позволяет обеспечить инструментальный заход самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и складками рельефа местности, вызывающими интерференцию радиоволн в области глиссады.
2. Уровень техники
1
2
1
2
1
2
Известен первый ГРМ метрового диапазона волн с опорным нулем [Г.А. Пахолков, В.В. Кашинов и др. "Угломерные радиотехнические системы посадки". - М.: Транспорт. - 1982, стр. 13], содержащий устройство формирования сигнала суммарного канала, устройство формирования сигналов разностного канала, первую и вторую антенны, разнесенные по вертикали, причем нижняя антенна запитана сигналами суммарного канала, а верхняя антенна запитана сигналами разностного канала. Под сигналом суммарного канала понимается сигнал, формируемый при модуляции высокочастотных колебаний колебаниями с тональными частотами Ω, и Ω, одинаковыми по амплитуде, при этом высокочастотные колебания синфазны между собой. Под сигналами разностного канала подразумеваются сигналы боковых частот, формируемых при модуляции высокочастотных колебаний колебаниями с частотами Ω, и Ω, одинаковыми по амплитуде, при этом высокочастотные колебания имеют сдвиг по фазе на 180°. Информационным параметром в системах посадки метрового диапазона волн является разность глубин модуляции (РГМ) излучаемого сигнала колебаниями с частотами Ω и Ω. ГРМ с опорным нулем является наиболее простым типом ГРМ, он нашел широкое применение на аэродромах гражданской и государственной авиации.
Первый известный радиомаяк обладает двумя существенными недостатками. Во-первых, угол глиссады зависит от высоты снежного покрова. Допустимый уровень снежного покрова 20 см. Во-вторых, имеет место большой уровень излучения сигналов под малыми углами места, что вызывает появление искажений глиссады на аэродромах с возвышающимися складками местности перед антенной ГРМ.
Известен второй ГРМ, реализованный в дециметровом диапазоне длин волн (ДЦВ) [Бенин В.М. Глиссадный радиомаяк нулевой зоны с коммутацией диаграмм излучения. //Вопросы радиоэлектроники, серия ОТ, 1970, вып. 6]. ГРМ ДЦВ с коммутацией диаграмм излучения входит в посадочную радиомаячную группу (ПРМГ) ПРМГ-76УМ, выпускаемую АО "Челябинский радиозавод "Полет" и эксплуатируемую на аэродромах государственной авиации и на аэродромах совместного базирования гражданской и государственной авиации.
Второй известный радиомаяк содержит устройство формирования сигналов системы посадки формата ПРМГ с выходом "разностный сигнал" и выходом "суммарный сигнал", первую и вторую антенны, размещенные на вертикальной мачте. На выходе "разностный сигнал" устройства формировании сигналов посадки формируются сигналы в виде чередующихся пачек радиоимпульсов с частотой модуляции 1300 и 2100 Гц, при этом фазы несущих колебаний у пачек радиоимпульсов с частотами модуляции 1300 и 2100 Гц отличаются на 180 градусов. На выходе "суммарный сигнал" формируются сигналы в виде чередующихся пачек радиоимпульсов с частотой модуляции 1300 и 2100 Гц, при этом фазы несущих колебаний у пачек радиоимпульсов с частотами модуляции 1300 и 2100 Гц равны друг другу.
1
2
гл
Высоты подвеса h и h первой и второй антенн относительно поверхности Земли равны:  и , где λ - длина волны, θ - угол глиссады.
В результате коммутации в пространстве поочередно формируется две диаграммы направленности (ДН): так называемые "верхний лепесток" и "нижний лепесток". Коммутация схемы питания антенной системы с частотой 12.5 Гц создает поочередное излучение сигналов с амплитудной модуляцией сигналом вида меандр с частотой 1300 Гц верхним лепестком и с частотой 2100 Гц - нижним лепестком. Пересечение ДН "верхний лепесток" и ДН "нижний лепесток" определяет поверхность глиссады. В системах посадки дециметрового диапазона волн информационным параметром является так называемый коэффициент разнослышимости сигналов (КРС) с частотами модуляции 2100 и 1300 Гц.
Второй известный радиомаяк обладает теми же двумя недостатками, что и первый известный ГРМ. Во - первых, угол глиссады зависит от высоты снежного покрова, допустимый уровень снежного покрова 10 см. Во - вторых, поведение глиссады существенно зависит от формы рельефа местности в зоне захода самолета на посадку.
Известны технические решения, предназначенные для обеспечения работы ГРМ на аэродромах с изменяющимся уровнем снежного покрова, представленные в авторских свидетельствах СССР на изобретения и патентах РФ на изобретение:
А.с. №711845. - 2591230. Приоритет 20.03.78. Зарегистр. 28.09.79;
А.с. №1396781. - 4125531. Приоритет 30.09.86. Зарегистр. 15.01.88;
А.с. №1426260. - 4125479. Приоритет 30.09.86. Зарегистр. 22.05.88;
А.с. №275692. - 3163500. Приоритет 11.02.87. Зарегистр. 01.06.88;
А.с. №287782. - 3195405. Приоритет 31.03.88. Зарегистр. 02.01.89);
А.с. №1623443. - 4619435/24-09, Приоритет 13.12.88. Зарегистр. 22.09.90;
А.с. №1626884. - №4619434/09. Приоритет 13.12.88. Зарегистр. 08.10.90;
А.с. №1690468. - 4619436/09, Приоритет 13.12.88. Зарегистр. 08.07.91;
А.с. №1690469. - 4619436/09. Приоритет 13.12.88. Зарегистр. 08.07.91;
А.с. №1695758. - 4731827/09. Приоритет 22.08.89. Зарегистр. 01.08.91;
А.с. №1715060. - 4673557/09. Приоритет 04.04.89. Зарегистр. 22.10.91;
А.с. №1730923. - 4731828/09, Приоритет 22.08.89. Зарегистр. 03.01.92;
А.с. №1734471. - 4673558/09. Приоритет 04.04.89. Зарегистр. 15.01.92;
А.с. №1752075. - 4756469/22. Приоритет 01.11.89. Зарегистр. 26.11.92;
А.с. №1785350. - 4755385/22, Приоритет 01.11.89. Зарегистр. 01.09.92;
А.с. №1802602. - 4873721/09, Приоритет 11.10.90. Зарегистр. 09.10.92;
А.с. №1822264. - 4870495/09. Приоритет 1.10.90. Зарегистр. 12.10.92;
А.с. №1822265. - 4887243/09, Приоритет 28.11.90. Зарегистр. 12.10.92;
А.с. №1828278. - 4809235/09, Приоритет 02.04.90. Зарегистр. 12.10.92;
Патент РФ №21222216. - 94032782, Приоритет 08.09.94. Зарегистр. 20.11.98.
6
2
Известны также патент Alfred R. Lopez. Non-imaging glideslope antenna systems (US patent №5546095, опубл. 13.08.1996, Int. CL H01Q 3/30, H01Q 21/10) и австралийский патент №1 545035, Application №44640/77, Instrument landing system glide path antenna array and drive therefor [Australia №8121/76, filed 12 Nov. 1976; Int. CL G01S 1/18].
Их общим недостатком является малый уровень излучаемых сигналов в области интерференционных минимумов, формирующихся по суммарному сигналу в зоне действия ГРМ. В результате заданная зона действия ГРМ не обеспечивается.
Эти два недостатка устранены в известном третьем ГРМ [патент RU 2624263. Двухчастотный глиссадный радиомаяк по заявке 2016122838 от 08.06.2016]. Предложенные при этом технические решения связаны с применением дополнительно широкого (клиренсного) канала (Жданов Б.В., Войтович Н.И. Глиссадный радиомаяк для аэродромов с высоким уровнем снежного покрова. // 27-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо 2017). Севастополь, 5-11 ноября 2017 г.: материалы конф. в 8 т. - Москва, Минск, Севастополь, 2017. С. 433-439). Широкий канал предусмотрен в формате сигналов маяков метрового диапазона волн (формат ILS), однако не предусмотрен в формате сигналов ПРМГ.
Основная проблема, которая проявляется при увеличении высот подвеса излучающих элементов антенны ГРМ в связи с увеличением их количества, это появление дополнительных интерференционных минимумов в ДН сигнала "боковых частот" и сигнала "несущая плюс боковые частоты" в пределах зоны действия маяка. С применением широкого канала (со своими интерференционными минимумами) за счет некогерентного суммирования сигналов основного и широкого каналов минимумы перекрываются. В результате обеспечивается требуемая зона действия ГРМ.
Предложенные в заявляемом патенте технические решения позволяют устранить интерференционные минимумы в зоне действия ГРМ, обеспечить стабильную глиссаду, не зависящую от изменения уровня и свойств подстилающей поверхности, и создать вырезку в излучении под малыми углами места без применения дополнительного широкого канала.
Предложенный вариант решения проблемы обеспечивает выходные характеристики без применения широкого (клиренсного) канала (не предусмотренного форматом ПРМГ). Предложенный вариант решения проблемы обеспечивает более высокую надежность ГРМ поскольку вместо активного устройства (передатчика широкого канала) применены пассивные элементы (антенны, делители мощности, фазовращатели, сумматоры), надежность которых на два порядка выше надежности активных электронных устройств. Предложенный вариант менее затратный в изготовлении и эксплуатации ГРМ.
3. Раскрытие изобретения
Технический результат изобретения направлен на повышение стабильности угла глиссады и обеспечение зоны действия ГРМ при изменении высоты подстилающей поверхности вследствие выпадения или таяния снега либо роста травы или при изменении отражающих свойств подстилающей поверхности вследствие воздействия на нее метеорологических факторов. Обеспечивается работа ГРМ на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности в зоне захода самолетов на посадку.
Технический результат достигается тем, что ГРМ формата ПРМГ, содержащий устройство формирования сигналов системы посадки формата ПРМГ с выходом разностного канала и выходом суммарного канала, первое устройство распределения сигналов с входом разностного канала, входом суммарного канала и четырьмя выходами, первую антенную решетку с четырьмя излучающими элементами (ИЭ), также дополнительно содержит первый делитель мощности с первым и вторым выходом, второй делитель мощности с первым и вторым выходом, второе устройство распределения сигналов с входом разностного канала, входом суммарного канала и четырьмя выходами, первый фазовращатель на 90°, второй фазовращатель на 90°, вторую АР с четырьмя ИЭ.
0
0
0
0
0
гл
При этом ИЭ первой и второй АР размещены на вертикальной мачте. Высоты подвеса ИЭ первой АР составляют: Н - высота первого ИЭ, H+d - высота второго ИЭ, H+2d - высота третьего ИЭ, H+3d - высота четвертого ИЭ, где Н превышает примерно на 20 см максимальную высоту снежного покрова в районе нахождения аэродрома, , λ - длина волны, θ - угол глиссады. ИЭ второй АР размещены на вертикальной мачте с одинаковым смещением всех ИЭ по высоте на некоторую величину относительно высот подвеса ИЭ первой АР. Величина смещения выбирается в пределах от половины вертикального размера ИЭ величины до величины, равной разности величины d и величины смещения ИЭ второй АР относительно ИЭ первой АР.
Значения коэффициентов передачи со входов суммарного и разностного каналов на выходы 43-46 первого устройства распределения сигналов приведены в таблице 1.
а
Значение коэффициента  выбирается в пределах от 0,4 до 0,75 в зависимости от характера рельефа местности в зоне захода самолетов на посадку.
Значения коэффициентов передачи со входов суммарного и разностного каналов на выходы 53-56 второго устройства распределения сигналов приведены в таблице 2.
Указанные устройства соединены между собой следующим образом. Выход разностного канала устройства формирования сигналов посадки последовательно соединен с первым делителем мощности и через его первый выход с разностным входом первого устройства распределения сигналов. Второй выход первого делителя мощности через первый фазовращатель на 90° соединен с разностным входом второго устройства распределения сигналов. Выход суммарного канала устройства формирования сигналов посадки последовательно соединен со вторым делителем мощности и через его первый выход с суммарным входом первого устройства распределения сигналов. Второй выход второго делителя мощности через второй фазовращатель на 90° соединен с суммарным входом второго устройства распределения сигналов. Выходы первого устройства распределения сигналов соединены с ИЭ первой АР, соответственно. Выходы второго устройства распределения сигналов соединены с ИЭ второй АР, соответственно.
Задание амплитудно-фазового распределения токов в первой и второй АР в соответствии с таблицей 1 и таблицей 2, соответственно, приводит к ослаблению излучения под малыми углами места, под которыми находятся складки рельефа местности в зоне захода самолетов на посадку, способные отражать электромагнитные волны в область глиссады и тем самым искривлять глиссаду. Ослабление излучения под малыми углами места приводит к формированию глиссады без искривлений. Представленное в таблицах 1-2 АФР обеспечивает формирование глиссады, угол которой не зависит от высоты снежного покрова.
Запитка двух АР, разнесенных по высоте, высокочастотными сигналами со сдвигом по фазе на 90° обеспечивает формирование так называемой "беспровальной" зоны глиссады, т.е. зоны в которой уровень диаграммы направленности по суммарному сигналу достаточен для обеспечения дальности действия ГРМ в заданном стандартами секторе углов места.
В другом варианте ГРМ ПРМГ содержит устройство формирования сигналов системы посадки формата ПРМГ с выходом разностного канала и выходом суммарного канала, устройство распределения сигналов с входом разностного канала, входом суммарного канала и четырьмя выходами, первую АР с четырьмя ИЭ дополнительно содержит четыре делителя мощности на два направления, каждый, четыре фазовращатели на 90°, каждый, вторую АР с четырьмя ИЭ. ИЭ первой и второй АР размещены на вертикальной мачте. Высоты их подвеса такие же как в первом варианте ГРМ. Значения коэффициентов передачи устройства распределения сигналов такие же как в как в первом варианте ГРМ. При этом выход разностного канала устройства формирования сигналов системы посадки соединен с разностным входом устройства распределения сигналов. Выход суммарного канала устройства формирования сигналов системы посадки соединен с суммарным входом устройства распределения сигналов. Каждый выход устройства распределения сигналов соединен с соответствующим делителем мощности на два направления и через их первые выходы с ИЭ первой АР, соответственно, а вторые выходы делителей мощности на два направления последовательно соединены с фазовращателями на 90° и ИЭ второй АР, соответственно. Значения коэффициентов передачи устройства распределения сигналов такие же как в первом варианте ГРМ.
Во втором варианте в сравнении с первым используется лишь одно устройство распределения сигналов. Второе устройство распределения сигналов заменено более простыми четырьмя делителями мощности на два направления и двумя дополнительными фазовращателями на 90 град. Второй вариант менее трудоемкий в изготовлении. Однако в нем утеряна возможность оперативной регулировки зоны действия за счет изменения соотношения амплитуд сигналов в первой и второй АР. Неоперативная настройка ГРМ за счет изменения коэффициентов передачи сигналов в упомянутых четырех делителях мощности.
ГРМ по третьему варианту содержит устройство формирования сигналов системы посадки с выходом разностного канала и выходом суммарного канала, первое устройство распределения сигналов с входом разностного канала, входом суммарного канала и четырьмя выходами, первую эквидистантную АР с четырьмя ИЭ. Дополнительно содержит второе устройство распределения сигналов с входом разностного канала, входом суммарного канала и четырьмя выходами, четыре фазовращателя на 90°, каждый, три сумматора с первым и вторым входами и одним выходом, каждый, вторую эквидистантную АР с четырьмя ИЭ. Первый ИЭ второй АР совмещен со вторым ИЭ первой АР. Второй ИЭ второй АР совмещен с третьим ИЭ первой АР. Третий ИЭ второй АР совмещен с четвертым ИЭ первой АР.
При этом выход разностного канала устройства формирования сигналов системы посадки последовательно соединен с первым делителем мощности и через его первый выход с разностным входом первого устройства распределения сигналов. Второй выход первого делителя мощности соединен с разностным входом второго устройства распределения сигналов. Выход суммарного канала устройства формирования сигналов посадки последовательно соединен со вторым делителем мощности и через его первый выход с суммарным входом первого устройства распределения сигналов. Второй выход второго делителя мощности соединен с суммарным входом второго устройства распределения сигналов. Первый, второй и третий выходы первого устройства распределения сигналов, каждый, последовательно соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим фазовращателем на 90°, с первым входом первого, второго и третьего сумматора и первым, вторым и третьим ИЭ первой АР, соотетственно. Четвертый выход первого устройства распределения сигналов соединен последовательно с четвертым фазовращателем на 90° и четвертым ИЭ второй АР. Первый выход второго устройства распределения сигналов соединен с первым излучающим элементом первой АР. Второй, третий и четвертый выходы второго устройства распределения сигналов соединены последовательно со вторыми входами первого, второго и третьего сумматоров и с первым, вторым и третьим ИЭ второй АР.
В третьем варианте сокращено количество ИЭ с 8-ми до 5-ти. Сокращение оказалось возможным благодаря введению более простых сумматоров по сравнению с антеннами и двух фазовращателей. В третьем варианте ГРМ реализовано максимальное смещение элементов второй АР по отношению к ИЭ первой АР. Смещение равно расстоянию между ИЭ в АР. Третий вариант потребует для своей реализации более высокую мачту. Этот недостаток не является принципиальным, т.к. антенна ГРМ вынесена далеко от оси ВПП.
Решение этих и других задач поясняется далее текстом и рисунками на фигурах.
4. Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема первого варианта глиссадного радиомаяка (ГРМ) формата посадочной радиомаячной группы (ПРМГ) для обеспечения инструментального захода самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности по настоящему изобретению. На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - устройство формирования сигналов системы посадки (УФСП) с выходом 11 разностного канала и выходом 12 суммарного канала,
2 - первый делитель мощности с первым 21 и вторым 22 выходом,
3 - второй делитель мощности с первым 31 и вторым 32 выходом,
4 - первое устройство распределения сигналов (УРС) с входом 41 разностного канала, входом 42 суммарного канала и первым 43, вторым 44, третьим 45 и четвертым 46 выходом,
5 - второе устройство распределения сигналов с входом 51 разностного канала, входом 52 суммарного канала, с первым 53, вторым 54, третьим 55 и четвертым 56 выходом,
6 - первый фазовращатель на 90°,
7 - второй фазовращатель на 90°,
8 - первая антенная решетка (АР) с первым 81, вторым 82, третьим 83 и четвертым 84 излучающим элементом (ИЭ). Первая АР содержит две упорядоченные тройки ИЭ: первая упорядоченная тройка содержит 81-83 ИЭ, вторая упорядоченная тройка содержит 82-84 ИЭ. ИЭ 82-83 являются общими для первой и второй троек ИЭ.
9 - вторая АР с первым 91, вторым 92, третьим 93 и четвертым 94 ИЭ. Вторая АР, так же как и первая, содержит две упорядоченные тройки ИЭ: первая упорядоченная тройка содержит 91-93 ИЭ, вторая тройка содержит 92-94 ИЭ. ИЭ 92-93 являются общими для первой и второй упорядоченных троек ИЭ.
На фиг. 2 представлена структурная электрическая схема второго варианта ГРМ формата ПРМГ для обеспечения инструментального захода самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности по настоящему изобретению. На фиг. 2 введены обозначения:
1' - устройство формирования сигналов системы посадки с выходом 11' разностного канала и выходом 12' суммарного канала,
4' - устройство распределения сигналов с входом 41' разностного канала, входом 42' суммарного канала и первым 43', вторым 44', третьим 45' и четвертым 46' выходом;
101 - первый делитель мощности (ДМ) на два направления,
102 - второй делитель мощности на два направления,
103 - третий делитель мощности на два направления,
104 - четвертый делитель мощности на два направления,
111 - первый фазовращатель на 90°,
112 второй фазовращатель на 90°,
113 - третий фазовращатель на 90°,
114 - четвертый фазовращатель на 90°.
8' - первая АР с первым 81', вторым 82', третьим 83' и четвертым 84' ИЭ. Первая АР содержит две упорядоченные тройки ИЭ: первая упорядоченная тройка содержит 81'-83' ИЭ, вторая упорядоченная тройка содержит 82'-84' ИЭ. ИЭ 82'-83' являются общими для первой и второй троек ИЭ. 9' - вторая АР с первым 91', вторым 92', третьим 93' и четвертым 94' ИЭ. Вторая АР, так же как и первая, содержит две упорядоченные тройки ИЭ: первая упорядоченная тройка содержит 91'-93' ИЭ, вторая тройка содержит 92'-94' ИЭ. ИЭ 92'-93' являются общими для первой и второй упорядоченных троек ИЭ.
На фиг. 3 представлена структурная электрическая схема третьего варианта ГРМ для обеспечения инструментального захода самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности по настоящему изобретению. На фиг. 3 введены следующие обозначения:
1'' - устройство формирования сигналов системы посадки с выходом 11'' разностного канала и выходом 12'' суммарного канала,
2'' - первый делитель мощности с первым 21'' и вторым 22'' выходом,
3'' - второй делитель мощности с первым 31'' и вторым 32'' выходом,
4'' - первое устройство распределения сигналов с входом 41'' разностного канала, входом 42'' суммарного канала и первым 43'', вторым 44'', третьим 45'' и четвертым 46'' выходом;
5'' - второе устройство распределения сигналов с входом 51'' разностного канала, входом 52'' суммарного канала и первым 53'', вторым 54'', третьим 55'' и четвертым 56'' выходом;
121 - первый фазовращатель на 90°,
122 - второй фазовращатель на 90°,
123 - третий фазовращатель на 90°,
124 - четвертый фазовращатель на 90°,
131 - первый сумматор с первым и вторым входом и одним выходом,
132 - второй сумматор (СУ) с первым и вторым входом и одним выходом,
133 - третий сумматор с первым и вторым входом и одним выходом,
81'' -ый элемент первой АР,
82(91)'' - совмещенный ИЭ: 82'' -ой элемент первой АР и 91'' ИЭ второй АР,
83(92)'' - совмещенный ИЭ: 83''-ой элемент первой АР и 92'' ИЭ второй АР,
84(93)'' - совмещенный ИЭ: 84'' -ой элемент первой АР и 93'' ИЭ второй АР.
94'' -ый элемент второй АР.
1,2
1,3
На фиг. 4 представлены графики ДН центральных элементов первой F(θ), (401) и второй - 0,5F(θ), (402) упорядоченных троек ИЭ первой АР, записываемых суммарным сигналом (82-ой и 83 -ий ИЭ, соответственно). График 403 соответствует ДН при совместном излучении суммарного сигнала 82-ым и 83-им ИЭ первой АР.
На фиг. 5 представлены графики ДН центральных элементов первой (501) и второй (502) упорядоченных троек ИЭ второй АР, запитываемых суммарным сигналом (92-ой и 93-ий ИЭ, соответственно). График 503 соответствует ДН при совместном излучении суммарного сигнала 92-ым и 93-им ИЭ второй АР.
На фиг. 6 представлены графики ДН для сигнала суммарного канала при излучении волн первой (403) АР, второй (503) АР и совместно (601) первой 8 и второй 9 АР.
На фиг. 7 представлены графики ДН для сигнала суммарного канала при излучении волн первой (701) АР, второй (702) АР и совместно (703) первой 8 и второй 9 АР для частного случая, когда сдвиг между ИЭ первой 8 АР и ИЭ второй АР равен расстоянию между ИЭ в каждой из упомянутых АР.
5. Осуществление изобретения
Первый вариант
Обратимся к фиг. 1, на которой представлена структурная электрическая схема первого варианта глиссадного радиомаяка формата ПРМГ для обеспечения инструментального захода самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности по настоящему изобретению
ГРМ содержит устройство 1 формирования сигналов системы посадки с выходом 11 разностного канала и выходом 12 суммарного канала, первый 2 делитель мощности с первым 21 и вторым 22 выходом, второй 3 делитель мощности с первым 31 и вторым 32 выходом, первое 4 устройство распределения сигналов с входом 41 разностного канала, входом 42 суммарного канала и первым 43, вторым 44, третьим 45 и четвертым 46 выходами, второе 5 устройство распределения сигналов с входом 51 разностного канала, входом 52 суммарного канала и первым 53, вторым 54, третьим 55 и четвертым 56 выходами, первый 6 фазовращатель на 90°, второй 7 фазовращатель на 90°, первую 8 АР с первым 81, вторым 82, третьим 83 и четвертым 84 ИЭ, вторую 9 АР с первым 91, вторым 92, третьим 93 и четвертым 94 ИЭ. ИЭ 81-84 и 91-94 размещены на вертикальной мачте.
Указанные устройства соединены между собой следующим образом. Выход 11 разностного канала устройства 1 формирования сигналов посадки последовательно соединен с первым 2 делителем мощности и через его первый выход 21 с разностным 41 входом первого 4 устройства распределения сигналов. Второй 22 выход первого делителя мощности 2 через первый 6 фазовращатель на 90° соединен с разностным 51 входом второго 5 устройства распределения сигналов. Выход 12 суммарного канала устройства 1 формирования сигналов посадки последовательно соединен со вторым 3 делителем мощности и через его первый выход 31 с суммарным 42 входом первого 4 устройства распределения сигналов. Второй 32 выход второго делителя мощности 3 через второй фазовращатель на 90° соединен с суммарным 52 входом второго 5 устройства распределения сигналов. Выходы 43, 44, 45, 46 первого 4 устройства распределения сигналов соединены с ИЭ 81, 82, 83, 84, соответственно. Выходы 53, 54,55, 56 второго 5 устройства распределения сигналов соединены с ИЭ 91, 92, 93, 94, соответственно.
0
0
0
0
0
гл
Высоты подвеса ИЭ 81-84 первой 8 АР составляют: Н - высота первого ИЭ, H+d - высота второго ИЭ, H+2d - высота третьего ИЭ, H+3d - высота четвертого ИЭ, где Н в зависимости от максимальной высоты снежного покрова на аэродроме размещения ГРМ, выбирается в диапазоне от 0,5 до 1,5 м, , λ - длина волны, θ - угол глиссады.
ИЭ 91-94 второй 9 АР размещены на вертикальной мачте с одинаковым смещением всех ИЭ по высоте на величину  относительно высот подвеса ИЭ первой АР. Величина смещения  выбирается в пределах от половины вертикального размера L ИЭ 81-84 до величины d. Значения коэффициентов передачи суммарного и разностного сигналов на выходы 43-46 первого 4 устройства распределения сигналов приведены в табл.1.
а
Значение коэффициента  выбирается в пределах от 0,4 до 0,75 в зависимости от характера рельефа местности в зоне захода самолетов на посадку.
Коэффициенты передачи суммарного и разностного сигналов на выходы 53 -56 для второго устройства распределения сигналов аналогичны коэффициентам передачи для первого устройства распределения сигналов (таблица 2).
Коэффициент b в таблице 2 равен соотношению сигналов в первой и второй АР (задаваемый устройствами 4 и 5 распределения сигналов).
Все упомянутые выше устройства могут быть выполнены аналогично устройствам, реализованным в серийном ГРМ изделия ПРМГ-76УМ, выпускаемым Челябинским радиозаводом "Полет" и эксплуатируемым на аэродромах государственной авиации РФ.
ГРМ работает следующим образом. В устройстве 1 формирования сигналов посадки высокочастотные гармонические колебания модулируется двумя чередующимися последовательностями прямоугольных колебаний: в форме "меандр" с частотой 2100 Гц и с частотой 1300 Гц. Смена прохождения колебаний с частотами 2100 Гц и 1300 Гц в устройстве 1 формирования сигналов посадки осуществляется под управлением генератора с частотой 12,5 Гц. В течение одного полупериода коммутации (в течение 0,04 сек.) на выходах 11 и 12 формируются между собой синфазные сигналы, модулированные меандром с частотой 2100 Гц. В течение другого полупериода коммутации (в течение 0,04 сек.) сигнал на выходе 11 сдвинут по фазе на 180° относительно фазы высокочастотного колебания на выходе 12, в результате на выходах 11 и 12 формируются противофазные между собой сигналы, модулированные меандром с частотой 1300 Гц.
Сигнал разностного канала с выхода 11 поступает на вход первого 2 делителя мощности, с первого 21 выхода которого поступает на разностный 41 вход первого 4 устройства распределения сигналов. Со второго 22 выхода разностный сигнал через 90° фазовращатель поступает на разностный 51 вход второго 5 устройства распределения сигналов. Сигнал суммарного канала с выхода 12 поступает на вход второго 3 делителя мощности, с первого 31 выхода которого поступает на суммарный 42 вход первого 4 устройства распределения сигналов. Со второго 32 выхода суммарный сигнал через 90° фазовращатель поступает на суммарный вход второго 3 устройства распределения сигналов.
На первое 4 устройство распределения сигналов поступают сигналы с нормированным уровнем, равным 1, а на второе 5 устройство распределения сигналов поступают сигналы с относительным уровнем, равным b, при этом на входах 51 и 52 сигналы имеют дополнительный фазовый сдвиг на 90° относительно фазы сигналов на входах 41 и 42 первого устройства распределения сигналов. Дополнительный фазовый сдвиг на 90° сигналы получают, проходя через фазовращатели 6 и 7 на 90°.
Первое 4 устройство распределения сигналов распределяет поступившие на него разностный и суммарный сигналы на выходы 43-46 с амплитудами и фазами, указанными в таблице 1. С указанными амплитудами и фазами сигналы с выходов 43-46 поступают на входы антенн 81-84, соответственно, и излучаются в окружающее пространство.
Второе 5 устройство распределения сигналов распределяет поступившие на него разностный и суммарный сигналы на выходы 53-56 с амплитудами и фазами, указанными в таблице 2. С указанными амплитудами и фазами сигналы с выходов 53-56 поступают на входы антенн 93-96, соответственно, и излучаются в окружающее пространство.
2100
1300
Таким образом, в течение одного полупериода коммутации (в течение 0,04 сек.) в окружающее пространство излучаются сигналы, модулированные меандром с частотой 2100 Гц, с ДН F(θ), где θ - угол места. В течение другого полупериода коммутации (в течение 0,04 сек.) в окружающее пространство излучаются сигналы, модулированные меандром с частотой 1300 Гц, с ДН F(θ).
гл
2100
1300
2100
гл
1300
гл
Угол места θ при котором уровни ДН F(θ) F(θ) равны друг другу F(θ)=F(θ) является углом глиссады.
гл
Угол глиссады θ, как было показано ранее (Жданов Б.В., Войтович Н.И.
0
Глиссадный радиомаяк для аэродромов с высоким уровнем снежного покрова. // 27-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо 2017). Севастополь, 5-11 ноября 2017 г.: материалы конф. в 8 т. - Москва, Минск, Севастополь, 2017. С. 433-439), не зависит от высоты подвеса Н нижнего ИЭ (от высоты подвеса всей антенной системы) относительно подстилающей поверхности, т.е. от высоты снежного покрова на земной поверхности. Что касается дальности действия ГРМ, то дальность определяется уровнем напряженности электрического поля, т.е. зависит от уровня ДН суммарного сигнала. В интерференционных минимумах ДН при работе с одной из АР сигнал может оказаться недопустимо малым (в летном эксперименте не срабатывает бленкер самолетного навигационного оборудования). Поэтому далее ограничимся анализом ДН для суммарного сигнала.
Пусть число m определяет номер АР: m=1 соответствует первой АР, m=2 соответствует второй АР. Число n определяет порядковый номер ИЭ в первой или второй АР при счете ИЭ снизу вверх. Введем следующие обозначения для ДН:
n,m
F(θ)-ДН n-го ИЭ m-ой АР; при m=1 ИЭ принадлежит первой, а при m=2 второй АР,  - величина смещения ИЭ второй АР относительно ИЭ первой АР с соответствующим номером. Знак плюс означает смещение ИЭ вверх, знак минус - смещение вниз.
Для простоты будем полагать, что ИЭ представляют собой горизонтальные диполи, расположенные над идеально проводящей горизонтальной плоскостью. Тогда ДН n-го ИЭ (n=1 ,2, 3, 4) (первой АР при m=1 или ИЭ второй АР при m=2) в вертикальной плоскости имеет вид:
где:
k - волновое число; ; λ - длина волны;
0
Н - высота подвеса нижней (первой; n=1, m=1) антенны первой АР;
d - расстояние между соседними элементами в первой (второй) АР,
гл
θ - угол глиссады;
а
а
гл
0
В качестве примера первого варианта ГРМ рассмотрим ГРМ, содержащий первую 4-х элементную АР, в которой коэффициент =0,5 (таблица 1), вторую 4-х элементную АР, в которой коэффициент =0,6 (таблица 2). Пусть коэффициент b=1. λ=0,312 м. θ=3°. Высота подвеса нижней антенны Н=1 м. ИЭ второй АР смещены относительно ИЭ первой АР с соответствующим номером на 0,5 м.
На фиг. 4 приведены графики ДН:
1,2
1,3
5
1,2
1,3
F(θ)-401, -0,5F(θ)-402 F(θ)=F(θ)-0,5 F(θ)-403.
Первая и вторая АР, каждая, состоит из двух пар упорядоченных троек ИЭ, содержащих ИЭ суммарного канала (центральный) и расположенных на расстоянии dor него одного нижнего ИЭ и одного верхнего ИЭ разностного канала. В первой АР таковыми являются первая тройка: 82-ИЭ суммарного канала, 81 и 83 ИЭ разностного канала. Вторая тройка: 83 -ИЭ суммарного канала, 82 и 84 ИЭ разностного канала. Во второй АР таковыми являются первая тройка: 92-ИЭ суммарного канала, 91 и 93 ИЭ разностного канала. Вторая тройка: 93 -ИЭ суммарного канала, 92 и 94 ИЭ разностного канала.
1,2
1
1,3
2
3
Как видно из графиков на фиг. 4 ДН ИЭ суммарного сигнала первой тройки (82-го ИЭ) F(θ) (график 401) принимает нулевое значение при θ,=3,59° т.е. в зоне действия ГРМ в вертикальной плоскости. ДН суммарного сигнала второй тройки (83-го ИЭ) F(θ) (график 402) дважды принимает нулевое значение в зоне действия ГРМ в вертикальной плоскости: при θ=2,25° и при θ=4,50°. При совместном излучении суммарного сигнала ИЭ первой и второй тройки ДН по суммарному сигналу, во-первых, имеет существенно меньший уровень по сравнению с уровнем излучения при излучении только ИЭ первой тройки. С уменьшением уровня в ДН уменьшается облучения складок местности, что требуется для уменьшения искривления глиссады. Однако, во-вторых, по-прежнему ДН (график 403) принимает нулевое значение в пределах зоны действия ГРМ (при θ=3,98°).
На фиг. 5 приведены графики ДН для ИЭ упорядоченных троек второй АР:
2,2
2,3
6
2,2
2,3
F(θ)-501, -0,6F(θ) -502, F(θ)=F(θ) -0,6F(θ)-503.
Как видно из рассмотрения графиков, поведение ДН ИЭ (графики 501, 502) в упорядоченных тройках второй АР аналогично поведению ДН в упорядоченных тройках первой АР. При совместном излучении суммарного сигнала ИЭ первой и второй тройки ДН (график 503) по суммарному сигналу под малыми углами места имеет существенно меньший уровень по сравнению с уровнем излучения при излучении только ИЭ первой тройки. ДН также принимает нулевое значение в пределах зоны действия ГРМ (при θ=3,44°). Следует заметить, что в угломестной плоскости положение нулевых уровней в ДН во второй АР не совпадает с положением нулевых уровней в ДН первой АР.
На фиг. 6 приведены графики ДН
5
6
F(θ)-403, F(θ)-503,
Как видно из рассмотрения графика 601 на фиг. 6, при запитке высокочастотным сигналом первой АР и второй АР со сдвигом по фазе на 90° нулевые уровни в ДН по суммарному каналу исчезают (график 601). ДН имеет малый уровень излучения под малыми углами места, что обеспечивает работу ГРМ на аэродромах со сложным рельефом местности в зоне захода самолетов на посадку. Учитывая независимость угла глиссады от высоты подвеса антенны, приходим к выводу, что ГРМ по настоящему изобретению обеспечивает работу на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности в зоне захода самолетов на посадку.
Второй вариант
Обратимся к фиг. 2, на которой представлена структурная электрическая схема второго варианта ГРМ для обеспечения инструментального захода самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности по настоящему изобретению.
ГРМ по второму варианту содержит устройство 1' формирования сигналов системы посадки формата ПРМГ с выходом 11' разностного канала и выходом 12' суммарного канала, устройство 4' распределения сигналов с входом 41' разностного канала, входом 42' суммарного канала и первым 43', вторым 44', третьим 45' и четвертым 46' выходом, первый 101, второй 102, третий 103 и четвертый 104 делители мощности на два направления каждый, первый 111, второй 112, третий 113 и четвертый 114 фазовращатели на 90° каждый, первую 8 АР с четырьмя 81'-84' ИЭ, вторую 9 АР с четырьмя 91'-94' ИЭ. Изображения общих ИЭ для первой и второй АР имеют частичную заливку. Указанные устройства соединены между собой следующим образом. Выход 11' разностного канала устройства 1' формирования сигналов системы посадки последовательно соединено с разностным 41' входом устройства 4' распределения сигналов. Выход 12' суммарного канала устройства 1' распределения сигналов соединено с суммарным 42' входом устройства 4' распределения сигналов. Выходы 43', 44', 45', 46' устройства 4' распределения сигналов соединены с делителями мощности 101-104 на два направления и через их первые выходы с ИЭ 81', 82', 83', 84', соответственно, а вторые выходы делителей мощности 101-104 соединены последовательно с фазовращателями 111-114 на 90° и ИЭ 91'-94', соответственно. ИЭ 81'-84' и 91'-94' размещены на вертикальной мачте.
Высоты подвеса ИЭ 81'-84' и 91'-94' такие же, как в первом варианте ГРМ (пункт 1). Значения коэффициентов передачи суммарного и разностного канала на выходы 43'-46' устройства 4' распределения сигналов такие же как первом варианте ГРМ.
Работа глиссадного радиомаяка по второму варианту аналогична работе ГРМ по первому варианту. Отличие заключается лишь в том, что соотношение амплитуд сигналов в ИЭ второй АР и первой АР (коэффициент b) теперь задается делителями мощности 101-104, а не делителями мощности 2 и 3 на фиг. 1.
Третий вариант
Обратимся теперь к фиг. 3, на которой представлена структурная электрическая схема третьего варианта ГРМ формата ПРМГ для инструментального захода самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности по настоящему изобретению. Глиссадный радиомаяк по третьему варианту содержит устройство 1'' формирования сигналов системы посадки с выходом 11'' разностного канала и выходом 12'' суммарного канала, устройство 4'' распределения сигналов с входом 41'' разностного канала, входом 42'' суммарного канала и первым 43'', вторым 44'', третьим 45'' и четвертым 46'' выходом, первый 121, второй 122, третий 123 и четвертый 124 фазовращатели на 90°, каждый, первый 131, второй 132 и третий 133 сумматоры с первым и вторым входами и одним выходом, каждый, первую 8'' АР с четырьмя 81''-84'' ИЭ, вторую 9'' АР с четырьмя 91''-94'' ИЭ. Излучающие элементы 82''-84'' первой 8'' АР совмещены с ИЭ элементами 91''-93'' второй АР, соответственно.
Указанные устройства соединены между собой следующим образом. Выход 11'' разностного канала устройства 1'' формирования сигналов системы посадки последовательно соединен с первым 2'' делителем мощности и через его первый выход 21'' с разностным 41'' входом первого 4'' устройства распределения сигналов. Второй 22'' выход первого делителя мощности 2'' соединен с разностным 51'' входом второго 5'' устройства распределения сигналов. Выход 12'' суммарного канала устройства 1'' формирования сигналов посадки последовательно соединен со вторым 3'' делителем мощности и через его первый выход 31'' с суммарным 42'' входом первого 4'' устройства распределения сигналов. Второй 32'' выход второго делителя мощности 3'' соединен со вторым 52'' входом второго 5'' устройства распределения сигналов, выход 46'' которого соединен последовательно с фазовращателем 124 и ИЭ 94''. Выходы 43'', 44'', 45'', каждый, последовательно соединены с соответствющим фазовращателем 121, 122, 123, с первым входом сумматора 133, 132, 131 и ИЭ 81'', 82'', 83'' соответственно. Выход 53'' второго 5'' устройства распределения сигналов соединен с ИЭ 81". Выходы 54", 55", 56" второго 5" устройства распределения сигналов соединены последовательно со вторыми входами сумматоров 133, 132, 131 и с ИЭ 91'', 92'', 93'', соответственно.
Работа ГРМ по третьему варианту аналогична работе ГРМ по первому варианту.
Результирующая ДН (фиг. 7), получаемая при квадратурном сложении сигналов суммарного канала, излучаемых первой АР (график 701) и второй АР (график 702) приведена на фиг. 9 (график 703). Как видно из рассмотрения графика 703 ДН, во всей зоне действия ГРМ наблюдается высокий уровень в ДН.
ГРМ по третьему варианту обеспечивает работу на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности в зоне захода самолетов на посадку по настоящему изобретению (ГРМ). Уровень ДН по суммарному каналу при смещении ИЭ второй АР на расстояние  (9(d=1,5 м) выше, чем при смещении на 0,5 м, что более выгодно.
Однако при этом потребуется мачта на 1 м более высокая.