Landekurssender (Localizer)

Signalerzeugung

Der Frequenzbereich der Localizer erstreckt sich von 108,00 MHz bis 111,975 MHz. Dabei darf der Signalträger nicht mehr als +/- 0.005% vom Nennwert abweichen. Der Standard-Localizer arbeitet mit einer Trägerfrequenz (1F-System). An vielen Standorten funktionieren diese 1F-Localizer aufgrund von Reflexionen an Gebäuden nicht innerhab der geforderten Toleranzen. Daher wurden Systeme mit zwei Signalträgern entwickelt (2F-System). Bei 2F-Systemen dürfen die Trägerfrequenzen nur um +/- 0.002% vom Nennwert abweichen.

Der Trägerfrequenz des ILS wird ein NF-Signal aufmoduliert (Amplitudenmodulation AM). Daraus resultiert ein Träger auf der Mittenfrequenz und zwei Seitenbänder (USB, LSB). Das aufmodulierte NF-Signal (Hüllkurve) besteht aus der Mischung eines 90Hz und eines 150Hz Signals. Aus technischen Gründen müssen diese beiden NF-Frequenzen phasenstarr verkoppelt sein.
Dies wird durch die Ableitung der 90Hz und 150Hz aus einer gemeinsamen 30Hz-Quelle erreicht. Im Zeitalter der Digitaltechnik wird diese Hüllkurve aber meist als diskrete Wertekette in einem Digitalspeicher abgelegt, von einem Prozessor ausgelesen und analog umgewandelt aufmoduliert. Hier bietet sich auch eine einfache Möglichkeit Verzerrungen und andere Signalstörungen, die am HF-Signal erkannt werden, durch Anpassung der Digitalwerte im Speicher auszugleichen.
Das Signal wird als CSB (Carrier and Side Bands) bezeichnet.
Parallel dazu wird ein weiteres Signal mit der 90/150Hz Einhüllenden erzeugt. Diesmal aber mit unterdrücktem Träger. Dieses Signal wird SBO (Side Bands Only) genannt.

Beide Signale werden über getrennte HF-Leitungen zur Antenne geführt. Die Gesamtantenne besteht aus mehreren Gruppen von Einzelantennen, die je nach Hersteller als gestreckte Dipole oder auch Log-Periodic-Yagis ausgeführt sind. Bevor die Signale aber die Dipole der Antennen erreichen, werden sie im sogenannten Lastverteiler der Antenne nach einen ausgeklügelten System auf die einzelnen Dipole verteilt. Dazu wird jeder Dipol mit einer ganz bestimmten Amplitude und Phase angesteuert. Diese Ansteuerung formt das Signal im Raum so aus, wie es vom anfliegenden Flugzeug benötigt wird.
Je mehr Einzelantennen nebeneinander angeordnet werden (je grösser die Apertur), desto schärfer wird das Signal in Richtung Landebahnmittellinie gebündelt. Der Öffnungswinkel der Antenne wird geringer.

In der Praxis findet man Antennen mit 6, 12, 16 oder auch 21 nebeneinander angeordneten Einzelantennen. Die Auswahl ist zum einen von der zu erreichenden Genauigkeit und zum anderen von der Randbebauung der Landebahn abhängig. Sind nahe der Landebahn Gebäude mit langen, ebenen Fassaden errichtet, so können die von dem Localizersignal stammenden Reflexionen von den Gebäuden in das unreflektierte Signal einstrahlen und es durch Überlagerung verfälschen. Dies kann dazu führen, dass das ILS unbrauchbar wird. Abhilfe schafft dann bis zu einem gewissen Grade die Wahl einer grösseren Antenne, die weniger Strahlung an die Gebäude abgibt.

An vielen Standorten aber funktioniert auch dies nicht. Durch topographische Gegebenheiten oder auch durch Neuerrichtung von Gebäuden, bei denen nicht auf die Einflüsse auf das ILS geachtet worden ist, kann auch eine 1F-Anlage mit der besten Antenne Probleme bekommen. Bei der Verwendung einer grossen Antenne wird das Signal so scharf gebündelt, dass die geforderte Signalabdeckung in den Randbereichen (also bei grösseren Winkeln) nicht mehr gegeben ist. Aus dieser Situation heraus wurde das 2F-System entwickelt. Hier wird zusätzlich zum 1F-Signal noch ein zweites HF-Signal auf einem eigenen Träger (ca. 8 kHz Offset) erzeugt und über den Lastverteiler der Antenne auf ganz bestimmte Einzelantennen (jeweils mit genau abgestimmter Amplitude und Phase) gegeben. Dieses Zusatzsignal (Clearance) füllt die Raumbereiche, die durch das scharf gebündelte Hauptsignal nicht mehr ausreichend abgedeckt wurden.

Der Frequenzoffset zwischen dem Hauptsignal (Course) und dem Füllsignal (Clearance) ermöglicht es dem Empfänger im Flugzeug sich auf den Träger einzurasten, der für den gerade durchflogenen Raumbereich zuständig ist. Dies ist notwendig, da ja das Course-Signal trotz der schwächeren Leistung immer noch Signalanteile in den Clearance-Bereich abstrahlt, die der Bordempfänger aber nicht auswerten darf.
 

Signalnutzung

Bei der Amplitudenmodulation wird das aufmodulierte Signal mit dem Parameter Modulationsgrad spezifiziert. Beim Landekurssender werden das 90Hz und 150Hz Signal mit jeweils 40% Modulationsgrad aufmoduliert.
Durch die relativ komplizierte Signalerzeugung und anschliessende Verteilung auf die Einzelantennen erzeugt der Landekurssender ein Signal, durch das ein AM-Empfänger, der sich auf die Antenne zubewegt, links von der Antennenmitte eine Dominanz der 90Hz Schwingung und auf der rechten Seite eine Dominanz der 150Hz Schwingung registriert.
Das Messinstrument im Flugzeug, also in diesem Fall der CDI (Course Deviation Indicator), ist ein Gleichstrom-Messgerät. Es wandelt die Differenz der Modulationsgrade von 90Hz und 150Hz in einen Strom um. Auf der Mittellinie der Landebahn und damit in der Mitte der Antenne sind die Modulationsgrade der 90Hz und 150Hz gleich gross. Die Differenz ist also gleich Null. Das Messinstrument ist in Mittelstellung, der Messtrom beträgt 0 Ampere.
Die Differenz der Modulationsgrade wird als DDM bezeichnet (Difference in Depth of Modulation).
Bewegt sich das Flugzeug nun nach rechts aus der Antennenmitte, so beginnt die 90Hz Schwingung zu dominieren, die Differenz (das DDM) beginnt grösser zu werden. Das erhöhte DDM ergibt nun einen negativen Messstrom, der die Nadel des CDI nach links auswandern lässt. Der Pilot muss also in Richtung der 150Hz steuern, um die Dominanz der 90Hz wieder zu reduzieren. Dabei wird bei DDM = 0 wieder die Landebahnmittellinie gefunden.

Der Pilot erhält auf dem Kreuzzeiger keine Angaben in Ampere oder %DDM, sondern in Form der "Dots". Dazu wird die Skala des Instruments ganz einfach zu jeder Seite in fünf gleiche Teile aufgeteilt. Die Angabe 5 DOT bedeutet Vollanschlag (150 Mikroampere) der Nadel. Moderne Kreuzzeiger kommen auch schon einmal mit weniger DOT aus.
 

Signaljustierung

Das ILS ist ein winkelmessendes System. Per Definition wird das abgestrahlte Signal so eingestellt, dass man mit einem ILS-Empfänger bei 105m seitlich des Aufsetzpunktes (der Landeschwelle) ein DDM von 15,5% misst. Unter Berücksichtigung, dass bei 15,5% DDM der CDI auf Vollanschlag geht und damit ein Messstrom von 150 Microampere fliesst, kann man leicht zwischen den Maßeinheiten umrechnen.
Das bedeutet natürlich, dass der Winkelbereich, der die +/- 15,5% DDM beinhaltet, je nach Landebahnlänge unterschiedlich ist. Bei langen Landebahnen ist der Winkel geringer, bei kurzen grösser. Der Winkel wird bei kurzen Landebahnen nicht über 6° eingestellt.
Hier zeigt sich, dass die Behauptung 1 DOT = 1°, die bei den Piloten vorherrscht, nicht korrekt ist.
 

Sendeleistung

1F-Systeme verwenden 50 Watt Sendeleistung. Bei 2F-Systemen strahlt jeder Sender mit 25 Watt.

Für den Gleitwegsender gilt  das gleiche Funktionsprinzip wie beim Localizer. Er ist im Grunde genommen nur ein 90° gedrehtes Localizersystem. In der Praxis werden für den Gleitweg allerdings entweder nur 2 oder 3 Dipole eingesetzt. Eine Verwendung von mehr Dipolen würde die benötigten Masthöhen derart erhöhen, dass solche Masten zu grosse Hindernisse in der Nähe der Landebahn ergeben würden. Die max. Höhe von Bauwerken auf Flughäfen ist stark begrenzt, um im Falle eines Flugunfalls eine möglichst geringe Gefährdung darzustellen.

Signalerzeugung

Die Signalerzeugung beim GP unterscheidet sich nur in Details von der der Localizer. Ein wesentlicher Unterschied ist, dass bei der Signalausformung das Geländeprofil vor dem Sendemast die entscheidende Rolle spielt. Dieses Profil entscheidet u.a. über den korrekten Standort des Mastes, die Qualität und Genauigkeit des Führungssignals. Selbst kleinste Neigungen haben erheblichen Einfluss. Daher ist die Herstellung eines geeigneten Vorgeländes eine kostspielige und schwierige Angelegenheit. Das Gelände muss in etwa 300m lang und ca 200m breit sein.

Signalnutzung

Die Anzeige funktioniert analog zum Landekurs. Unterhalb des Gleitwinkels dominiert hier die 150Hz Schwingung, die den Befehl "fliege höher" beinhaltet. Die 90Hz "fliege tiefer" dominiert oberhalb des Gleitwinkels.