民航新疆空中交通管理局技術保障中心 龔成緯

AWA多普勒全向信標天線系統(tǒng)故障分析

民航新疆空中交通管理局技術保障中心 龔成緯

【摘要】結合對AWA系列DVOR（51D及52D型）設備典型的天線原因造成的故障案列進行分析，找出天線故障現(xiàn)象與故障原因之間的聯(lián)系，分別探究載波、邊帶及監(jiān)控天線出現(xiàn)異常時會導致發(fā)生哪些不同的告警現(xiàn)象。

【關鍵詞】多普勒全向信標；載波天線；邊帶天線；監(jiān)控天線；接觸不良；匹配性差

引言

多普勒甚高頻全向信標（DVOR）是一種高精度近程相位測角導航系統(tǒng)，與機載接收機配合，可以測得地面臺站相對于飛機的臺磁方位角。原澳大利亞AWA公司所生產(chǎn)，現(xiàn)廣泛應用于新疆各處的DVOR設備型號有VRB 51D型及VRB 52D型，52D屬于51D改進型但在在天線系統(tǒng)方面保持了一致。此類設備的天線系統(tǒng)由1根載波天線、48根邊帶天線、1根監(jiān)控天線組成。48根邊帶天線采用電子開關控制的方法定時來改變對每根邊帶天線的饋電以此模擬天線的旋轉，產(chǎn)生邊帶信號，并與載波天線輻射出的已調(diào)載波信號在空間進行幅度調(diào)制，完成整個的信號產(chǎn)生［1］。

1、主要相關告警分析

1.1 方位告警

DVOR設備方位信息是通過比較30HzAM信號與30HzFM信號的相位得來的，方位告警一般是由載波部分故障及邊帶部分故障引起，由于該參數(shù)是由監(jiān)控器監(jiān)控，所以監(jiān)控通路異常也會導致告警。

1.2 30HzAM告警

30HzAm信號是由基準相位信號產(chǎn)生器RPG產(chǎn)生，經(jīng)過載波調(diào)制信號產(chǎn)生與載波保護板塊CMP，作為調(diào)制信號加載到載波產(chǎn)生與驅動器CGD的驅動放大器1A71157上對載波進行調(diào)制，在經(jīng)過載波通路至載波天線輻射出去。所以當出現(xiàn)30HzAM信號告警時，可以考慮為RPG、CMP、載波通路出現(xiàn)故障，由于該參數(shù)是由監(jiān)控器監(jiān)控，所以監(jiān)控通路異常也會導致告警，一般情況下若伴隨有載波正方向功率告警優(yōu)先對載波進行排故。

1.3 副載波告警

副載波信號被邊帶信號進行調(diào)頻，然后以調(diào)幅的方式調(diào)制于載波，所以當出現(xiàn)副載波告警時，可以考慮是由載波部分故障或者邊帶部分故障引起，由于該參數(shù)是由監(jiān)控器監(jiān)控，所以監(jiān)控通路異常也會導致告警。一般檢查載波通路、上下邊帶通路、監(jiān)控器部分。

1.4 載波反向功率告警

DVOR在CMP組件上的反向功率告警檢測電路檢測到載波定向耦合器（CDC）后的載波通路匹配不好或斷路（包含載波天線故障），使載波反射功率過大，從而產(chǎn)生反射功率告警。通常會有兩種情況：如果設備立即換機或關機，則表明反射很強，有斷路情況發(fā)生；如果經(jīng)過近10秒的延時后產(chǎn)生換機或關機則表明載波通路匹配不正常。

1.5 邊帶反射功率告警

當邊帶調(diào)制器1A71159以后的邊帶通路匹配不好或斷路以及邊帶天線故障時產(chǎn)生邊帶反向功率告警，包括邊帶天線繼電器K1——K4故障，并且當邊帶天線繼電器故障時同時會引起副載波告警（意味著比較多的邊帶信號未正常發(fā)射出去）。

2、載波天線

2.1 原理分析

DVOR載波天線為一根改進型阿爾福特天線，位于整個天線系統(tǒng)的中間位置，其主要輻射的信號為載波信號、30HzAM信號、識別信號、話音信號，后三者是作為調(diào)制信號用調(diào)幅方式調(diào)制于載波的。當載波天線通路匹配性降低、駐波比升高時，會造成載波、30HzAM、識別信號的輻射異常，可能會導致出現(xiàn)的告警現(xiàn)象有：方位告警、副載波告警、30HzAM告警、識別告警、載波反向功率告警；其中當出現(xiàn)載波反向功率告警時，應將其作為主要告警優(yōu)先排除，該告警出現(xiàn)時基本可以認定是載波天線通路出現(xiàn)異常。

2.2 案例分析

2.2.1 故障現(xiàn)象

DVOR設備雙機不定時短暫出現(xiàn)方位、30Hz AM、副載波告警，造成主備機間頻繁換機。到臺后未觀察到持續(xù)的故障狀態(tài)，觀察發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時，方位有大幅度漂移，復合DVOR信號測量時也隨方位呈現(xiàn)出不同幅度變化（0.23V～1.5V）。

2.2.2 故障分析

1）由于雙機同時出現(xiàn)了相同的故障、并且本地維護開啟時，設備工作正常，排除單個設備故障的原因，可以判斷故障發(fā)生在公共部分。2）由于同時出現(xiàn)方位、副載波、30HzAM告警，以上述對單個告警產(chǎn)生的分析，最有可能出現(xiàn)問題的部分在監(jiān)控通路，或者載波通路通路。3）30Hz AM信號解調(diào)后波形發(fā)生變化，進而引起30Hz AM信號電平變化造成告警，同時也會引起方位告警。觀察復合VOR信號，副載波部分整體跳躍，但副載波波形形狀未出現(xiàn)明顯變化。4）同時由于故障告警只是間隔性出現(xiàn)，判斷很大可能在接觸問題或者是外部干擾。5）根據(jù)以上的分析，可以初步判斷造成故障發(fā)生的原因有以下幾種：a）當監(jiān)控通路信號不穩(wěn)定。b）載波通路出現(xiàn)接觸不良造成匹配變化，會造成復合VOR信號跳躍。c）外部干擾也會造成同樣的故障現(xiàn)象。

2.2.3 故障處理

1）準備工具材料（萬用表、示波器、套筒扳手、電纜頭、電烙鐵、防水膠布、焊錫等）。

2）排除監(jiān)控通路。

首先對監(jiān)控信號進入設備經(jīng)過的功分器（MBD）及監(jiān)控天線進行了更換，設備故障現(xiàn)象依舊；然后對設備至監(jiān)控天線的埋地電纜進行檢查，發(fā)現(xiàn)埋地電纜與天線連接處的三處接頭的其中一處連接頭的頭芯出現(xiàn)斷裂狀況，這有可能是造成監(jiān)控信號不穩(wěn)的原因，隨即對該電纜頭進行重新制作并緊固后，觀察設備運行情況，兩日后同樣的故障再次出現(xiàn)。

3）排除載波通路

用矢量電壓表測量載波天線通路反射系數(shù)為0.02，符合要求。拆下載波部分單支節(jié)匹配裝置，檢查發(fā)現(xiàn)電纜中有1個接頭電纜芯和電纜頭的芯脫焊，電纜芯有輕微的氧化，打磨電纜芯后重新焊接后接入設備，發(fā)現(xiàn)電纜頭仍舊存在電纜頭松動導致頭芯下墜的現(xiàn)象，打開電纜頭仔細檢查發(fā)現(xiàn)里面的橡膠墊圈已出現(xiàn)老化斷裂的痕跡，線纜外部黑膠皮制作時割切太深致使電纜頭容易松動，但由于載波天線的長度及匹配情況涉及到整個載波信號的電氣長度并會影響整個系統(tǒng)，不宜輕易重做電纜頭，維修人員對現(xiàn)有纜頭進行加工處理后重新接上，觀察幾日后，未出現(xiàn)告警現(xiàn)象，設備恢復正常。

2.2.4 分析建議

1）發(fā)生該種現(xiàn)象的故障時，應首先檢查監(jiān)控通路和載波通路是否出現(xiàn)不匹配情況。2）懷疑干擾時，可以首先調(diào)整機內(nèi)濾波網(wǎng)絡，檢查MRF是否正常。3）安裝時應注意線纜頭的制作并采取固定措施，定期檢查接頭接觸情況；并盡量多使用整纜，減少連接處的接頭，減少因接觸不良帶來信號不穩(wěn)的風險。

3、邊帶天線

3.1 原理分析

DVOR邊帶天線為48根改進型阿爾福特天線，組成一個以載波天線為中心直徑為13.5m的圓形天線陣，采用了電子開關的電氣方法完成模擬天線的旋轉，也就是在空間旋轉的邊帶信號能量，實際上是將輻射功率由一個天線到另一個天線依次轉換而實現(xiàn)的。當邊帶天線通路匹配性降低、駐波比下降時，其會影響到邊帶信號的正常輻射，其具體可能導致的告警有：方位告警、副載波告警、缺口告警、邊帶反向功率告警；其中當出現(xiàn)邊帶反向功率告警時，應將其作為主要告警優(yōu)先排除，該告警出現(xiàn)時基本可以認定是邊帶天線通路出現(xiàn)異常。

3.2 案例分析

3.2.1 故障現(xiàn)象

DVOR雙機同時出現(xiàn)方位、缺口、邊帶反射功率告警，雙機來回切換機后關機。

3.2.2 故障原因分析

1）雙機出現(xiàn)相同的告警信息，且雙機維護開啟均正常，說明故障部分在公共部分（邊帶繼電器、邊帶天線）。2）出現(xiàn)邊帶反射功率告警，應以排除其為主。3）邊帶繼電器故障時會有多個邊帶天線的信號無法輻射出去，造成副載波告警，但該種情況下未出現(xiàn)福載波告警，可以判斷邊帶繼電器正常。4）出現(xiàn)有缺口告警未出現(xiàn)副載波告警，說明邊帶天線陣子中的一對天線出現(xiàn)故障。5）當夜出現(xiàn)罕見大雨，可能為天線接口處進入潮氣，引起匹配發(fā)生變化。

3.2.3 故障處理

1）準備工具材料（萬用表、示波器、電纜頭、防水膠布、熱縮管等）。2）維修經(jīng)過：跳過天線繼電器，讓1號機邊帶信號直接連接天線，發(fā)現(xiàn)故障依舊，排除了邊帶天線繼電器故障的可能；觀察設備SMA XA5（ODD）和XA6（EVEN）信號波形異常；與正常波形對比發(fā)現(xiàn)信號中有兩處異常凸起（尖銳毛刺），且間隔24個波，說明邊帶天線中有相對于圓心對稱的兩個邊帶天線匹配異常，再用另一示波

器通道接ASD上的信號孔，查找出故障的邊帶天線為11、35號邊帶天線；對對應的天線處接頭重新制作防水后，故障消失。

3.2.4 分析建議

1）邊帶繼電器故障時一般不會造成雙機故障，且伴隨有副載波告警，若要具體判斷哪個繼電器，可以將其進行短接觀察故障是否消失。2）查找48根邊帶天線中具體哪根出現(xiàn)故障，一般將用示波器觀察邊帶反射信號，同時用示波器另一通道檢查ASD各孔信號，檢查相對應的故障天線。3）要著重關注惡劣天氣下對設備使用的影響，有助于判斷故障產(chǎn)生的原因。

4、監(jiān)控天線

DVOR設備中，方位、副載波、缺口、30HZ AM、識別告警的產(chǎn)生均是由監(jiān)控天線接收到的全VOR信號經(jīng)過MBD（功分器）分別進入兩臺設備（雙機系統(tǒng)）的MRF（射頻放大器監(jiān)控器），然后經(jīng)過不同濾波器與相應的預設門限進行比較，當超出門限時，設備產(chǎn)生告警。所以當監(jiān)控天線通路出現(xiàn)異常時，這五個參數(shù)均有可能產(chǎn)生告警。

5、天線系統(tǒng)故障分析總結

DVOR天線的故障多是由于天線的連接及匹配出現(xiàn)問題，帶來影響是造成雙機故障，雙機絕大多數(shù)情況下會出現(xiàn)相同的故障告警。若是持續(xù)性的故障告警時，根據(jù)是否伴有載波反向功率告警或者邊帶反向功率告警，可以判斷故障點在載波天線處還是在邊帶天線處、或者是監(jiān)控天線通路出現(xiàn)問題，明確故障方向，再針對具體的故障現(xiàn)象進行分析，逐步排查出故障原因，另外要格外注意故障發(fā)生時的外場環(huán)境及設備運行環(huán)境，這可能與故障的產(chǎn)生息息相關。同時在對載波及邊帶天線排故時，要特別注意不要引起其匹配電纜電氣長度的改變，致使信號出現(xiàn)異常。

參考文獻

［1］鄭連興，倪育德.DVOR VRB—51D多普勒全向信標［M］.北京∶中國民航出版社.1996.10∶50-200.