DVORVRB—51D邊帶信號(hào)產(chǎn)生器故障分析

李輝

摘 要：民航內(nèi)蒙古空管分局土牧爾臺(tái)導(dǎo)航臺(tái)安裝了一套由澳大利亞AWA公司生產(chǎn)的VRB-51D型全向信標(biāo)設(shè)備，該設(shè)備性能可靠，運(yùn)行非常穩(wěn)定，不易故障。但該套設(shè)備現(xiàn)已運(yùn)行接近20年，設(shè)備電子元器件進(jìn)入老化階段，進(jìn)入了故障高發(fā)期。在實(shí)際工作中，我們發(fā)現(xiàn)邊帶信號(hào)產(chǎn)生器是比較容易發(fā)生故障的器件，對(duì)其故障現(xiàn)象和排除方法進(jìn)行了總結(jié)，供同行參考。

關(guān)鍵詞：邊帶信號(hào)產(chǎn)生器；檢修經(jīng)驗(yàn)；故障分析

中圖分類(lèi)號(hào)：V243.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 全向信標(biāo)原理

導(dǎo)航就是指引飛機(jī)按照預(yù)定線路可靠準(zhǔn)確的從一端到另一端。其方法主要是通過(guò)測(cè)量飛機(jī)相對(duì)于導(dǎo)航設(shè)備的方向和距離來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。主要分為無(wú)線電導(dǎo)航、多普勒導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航和儀表導(dǎo)航等。甚高頻全向信標(biāo)屬于無(wú)線電導(dǎo)航的一種，與機(jī)載接收機(jī)配合使用，機(jī)載接收機(jī)通過(guò)接收地面設(shè)備發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)測(cè)出磁方位角?？梢酝ㄟ^(guò)兩部VOR信標(biāo)或一部VOR信標(biāo)和DME設(shè)備合裝來(lái)完成飛機(jī)定位。目前存在兩種不同模式的甚高頻全向信標(biāo)，普通全向信標(biāo)和多普勒全向信標(biāo)，多普勒全向信標(biāo)是利用了多普勒效應(yīng)完成其功能。

多普勒效應(yīng)是指當(dāng)輻射源和觀察者直接發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn)其所接受的輻射源輻射的信號(hào)產(chǎn)生了頻率變化的一種現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是由奧地利物理學(xué)家赫利斯金·多普勒在1842年對(duì)聲學(xué)進(jìn)行研究時(shí)首先發(fā)現(xiàn)的。其實(shí)在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)在起飛時(shí)距離由近及遠(yuǎn)時(shí)，其聲音是由高到低逐漸變化的。而這種聲音的變化，就是聲波的頻率在改變而造成的。

多普勒甚高頻全向信標(biāo)就是利用這一原理，地面全向信標(biāo)設(shè)備向機(jī)載VOR接收機(jī)發(fā)射基準(zhǔn)相位的30Hz信號(hào)和可變相位的30Hz信號(hào)這樣一個(gè)復(fù)雜的合成無(wú)線電信，經(jīng)機(jī)載接收機(jī)解調(diào)后，測(cè)出地面全向信標(biāo)臺(tái)相對(duì)于飛機(jī)的磁方位角，即VOR方位，進(jìn)而對(duì)飛機(jī)相對(duì)于全向信標(biāo)臺(tái)的方位進(jìn)行確定。

VRB-51D主要由天線系統(tǒng)和發(fā)射機(jī)柜構(gòu)成，天線系統(tǒng)由49根改進(jìn)型阿爾福特天線構(gòu)成，48根邊帶天線安裝在直接為13.5m的圓周上，中心為1根中央天線。發(fā)射機(jī)柜包括射頻放大器監(jiān)視器、副載波監(jiān)視器、濾波器和識(shí)別監(jiān)視器、方位計(jì)數(shù)器監(jiān)視器、控制和遙控組件、定時(shí)序列產(chǎn)生器、基準(zhǔn)相位產(chǎn)生器、天線開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、邊帶信號(hào)產(chǎn)生器、邊帶切換單元、載波調(diào)制與保護(hù)單元、載波產(chǎn)生器和驅(qū)動(dòng)器、邊帶調(diào)制器和放大器、電源控制開(kāi)關(guān)、直流電壓變換器等。

2 邊帶信號(hào)產(chǎn)生器故障排查

邊帶信號(hào)產(chǎn)生器SGN用于產(chǎn)生fc+9969Hz上邊帶信號(hào)和fc-9969Hz下邊帶信號(hào)，共同送到邊帶天線，以30Hz速率旋轉(zhuǎn)，生成30Hz可變相位信號(hào)，該信號(hào)是對(duì)9969Hz分載頻信號(hào)調(diào)頻，調(diào)頻后的分載頻再對(duì)載波進(jìn)行調(diào)幅。為了滿足邊帶信號(hào)與中央載波信號(hào)在空間合成標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波，要求邊帶和載波之間滿足一定的相位關(guān)系，因此SGN模塊采用鎖相環(huán)。

SGN組件包括以下子單元：主板、平衡混頻器、信號(hào)振蕩器。平衡混頻器包括兩個(gè)子部分，一為相同的兩個(gè)上下邊帶平衡混頻器，將上下邊帶的取樣信號(hào)與載波取樣信號(hào)進(jìn)行混頻，獲得差頻信號(hào)；二為射頻符合信號(hào)發(fā)生器，用于監(jiān)控校準(zhǔn)。信號(hào)振蕩器在相位鎖定時(shí)用于產(chǎn)生頻率為fc+9969Hz和fc-9969Hz上下邊帶信號(hào)，是一種壓控晶體振蕩器。

全向信標(biāo)故障現(xiàn)象：全向信標(biāo)DVOR二號(hào)機(jī)故障，監(jiān)控面板顯示副載波（SUBCARRIER）、缺口（NOTCHDVOR）告警燈亮，設(shè)備無(wú)法正常工作，自動(dòng)切換到一號(hào)機(jī)工作。

檢修過(guò)程：

（1）首先打開(kāi)面板上的數(shù)字表，測(cè)量上下邊帶的發(fā)射功率，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)上邊帶功率正常，下邊帶功率為0，所以初步確認(rèn)為是下邊帶部分發(fā)生故障。

（2）為了解決下邊帶部分的故障，使用備用邊帶調(diào)制器和放大器組件SMA更換二號(hào)機(jī)的SMA組件，開(kāi)機(jī)后發(fā)現(xiàn)二號(hào)機(jī)仍然不能正常工作，所以排除SMA組件的故障的可能性。

（3）將備用SGN組件換在二號(hào)機(jī)SGN上，開(kāi)機(jī)后發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)恢復(fù)正常工作，證明二號(hào)機(jī)SGN組件發(fā)生故障。首先大家認(rèn)為是SGN壓控振蕩器損壞，但換過(guò)晶振后，二號(hào)機(jī)器并未恢復(fù)正常工作，于是又將壓控振蕩器的備件換上，開(kāi)機(jī)后設(shè)備仍不能正常工作，于是初步排除壓控振蕩器有故障。開(kāi)始排查相位控制部分1A71147，但更換后設(shè)備仍不能正常工作，于是這一部分有故障也被排除。這時(shí)將注意力轉(zhuǎn)移到SGN主面板1A71146上，將檢修板掛在二號(hào)DVOR機(jī)箱后面，接上延長(zhǎng)板，用示波器測(cè)量下邊帶輸出波形，同上邊帶對(duì)照，對(duì)下邊帶的信號(hào)進(jìn)行跟蹤測(cè)試，帶X頭的，但仍未發(fā)現(xiàn)有故障。這時(shí)，又將注意力轉(zhuǎn)回了壓控振蕩器部分，但這時(shí)又認(rèn)為既然換了一個(gè)新的壓控振蕩器也不正常，也不是晶體的毛病，大概不可能是它的故障，因?yàn)閴嚎卣袷幤髦灰休斎搿?5V就能工作，從SGN來(lái)的相位控制信號(hào)只不過(guò)起了一個(gè)鎖定頻率的作用，此時(shí)，測(cè)輸入電壓又正常，說(shuō)明故障不在輸入電壓上。于是想到壓控振蕩器是否振蕩，此時(shí)，從輸出頭測(cè)試發(fā)現(xiàn)其不振蕩，這時(shí)才初步肯定是壓控振蕩器的故障，但又不知所以然。經(jīng)過(guò)一番考慮后，認(rèn)為可能是可調(diào)的電容或電感沒(méi)有調(diào)好，使振蕩器G1不起振，于是用無(wú)鋼改錐輕輕調(diào)了下G1上的L1。這時(shí)奇跡出現(xiàn)了，從壓控振蕩器的輸出頭可以測(cè)到振蕩器有輸出了，這時(shí)，將上下邊帶的輸出都接在示波器上，先測(cè)上邊帶振蕩器的振蕩波形在示波器上占幾格，在測(cè)下邊帶振蕩器，調(diào)L1使其在輸出信號(hào)在示波器上所占格數(shù)同上邊帶一樣。這樣故障消除設(shè)備恢復(fù)正常。

故障原因：廠家未將G1上的可變電感L1調(diào)合適，所以導(dǎo)致晶體振蕩器不振蕩，造成下邊帶輸出功率為0，設(shè)備所帶備件同樣沒(méi)有將G1上的可變電感L1調(diào)合適。

3 檢修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

由于全向信標(biāo)設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，原理深?yuàn)W，組件分散，所以想要精通設(shè)備必須對(duì)設(shè)備原理進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，繪制設(shè)備信號(hào)流程，對(duì)各測(cè)試節(jié)點(diǎn)的參數(shù)熟記于心，并通過(guò)多次故障排查積累經(jīng)驗(yàn)。VRB-51D型DVOR采用全固態(tài)的模塊結(jié)構(gòu)，可以分別將各模塊拆卸下來(lái)進(jìn)行替換以排查故障模塊進(jìn)行快速故障定位。此外，若是掌握了設(shè)備電路原理，就可以通過(guò)使用延伸板將電路板置于機(jī)柜外部，通過(guò)使用儀器儀表對(duì)電路板上的各測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，查看測(cè)試結(jié)果是否與設(shè)備手冊(cè)上的測(cè)試結(jié)果一致，以此來(lái)判斷具體故障的電路模塊。另外還可以使用示波器萬(wàn)用表等儀器對(duì)模塊面板上的測(cè)試孔進(jìn)行測(cè)試，查看測(cè)試波形和電壓，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)行快速排故。

在本次排故中，我們采用了替換備用模塊的方法來(lái)進(jìn)行迅速定位故障點(diǎn)，這是排故中通常使用的方案。但是在替換之前，通常需要進(jìn)行初步的判斷，確定可能出現(xiàn)故障的部件，且替換之前要進(jìn)行細(xì)致的檢查，以免損毀替換上的正常組件。我們首先通過(guò)測(cè)試懷疑是SMA模塊發(fā)生故障，在進(jìn)行檢查后，替換備用組件，發(fā)現(xiàn)設(shè)備依然不能正常工作，所以排除了SMA故障的可能性，進(jìn)而進(jìn)行下一步判斷，最終確定為SGN模塊故障。SGN模塊代表邊帶失鎖，可以通過(guò)該模塊PHASEREF功能，快速判斷導(dǎo)致邊帶失鎖是否是由于SGN組件造成的。

最后，當(dāng)設(shè)備無(wú)法開(kāi)啟時(shí)，不要慌張，通過(guò)積累的經(jīng)驗(yàn)一步步進(jìn)行排查，從宏觀到微觀，整體到局部，模塊到元器件，逐步鎖定故障部分。

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