INDRA 52D型全向信標(biāo)邊帶系統(tǒng)調(diào)整方法探究

袁昆?劉錦瑞

摘要：全向信標(biāo)是現(xiàn)代民航陸基導(dǎo)航設(shè)備的重要組成部分。本文以INDRA 52D型全向信標(biāo)為例，對其邊帶系統(tǒng)中的邊帶產(chǎn)生器和邊帶調(diào)制與放大器組件的功能、內(nèi)部組成、部分電路進(jìn)行了簡要分析，并對更換其內(nèi)部子組件后的整體調(diào)整方法進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：DVOR；SGN；SMA；調(diào)整

一、引言

INDRA 52D型全向信標(biāo)設(shè)備內(nèi)部使用了大量的可調(diào)元器件以達(dá)到對其功能電路的控制。由于每個信標(biāo)臺因安裝、頻率等因素的影響，設(shè)備投產(chǎn)后的運(yùn)行參數(shù)也不相同。這就使得后期如發(fā)生設(shè)備故障使用備件更換后，部分組件就需要根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行要求進(jìn)行調(diào)整，以便設(shè)備維修前后，主要運(yùn)行參數(shù)不發(fā)生變化。本文對全向信標(biāo)中邊帶系統(tǒng)的兩個重要組件邊帶產(chǎn)生器和邊帶調(diào)制與放大器組件進(jìn)行分析并對現(xiàn)場更換備件后的調(diào)整方法進(jìn)行介紹。

二、邊帶系統(tǒng)組件簡介

全向信標(biāo)邊帶系統(tǒng)主要作用是產(chǎn)生上、下邊帶信號，反饋至邊帶天線輻射，從而產(chǎn)生30Hz可變相位信號。邊帶系統(tǒng)主要由：邊帶產(chǎn)生器、邊帶調(diào)制與放大器及后續(xù)的邊帶交換、開關(guān)等單元組成，其中邊帶信號主要由前兩個組件形成，需要重點(diǎn)關(guān)注的也是這兩個組件。

（一）邊帶產(chǎn)生器簡介

邊帶產(chǎn)生器（SGN）中的上、下邊帶信號由兩個壓控晶體振蕩器產(chǎn)生，頻率由兩個可變電容二極管控制。振蕩器的壓控電壓從兩個相位控制電路通過與9960Hz信號的相位比較得到。這個電路的第一步是從主時(shí)鐘振蕩器得到9960Hz副載波，第二步是將上、下邊帶信號與載波采樣信號混頻得到混頻信號。為了能使邊帶與載波有正確的相位關(guān)系，相位延時(shí)電路可以在一個較寬的范圍內(nèi)對9960Hz的相位進(jìn)行調(diào)整。最終，將邊帶信號的相位鎖定于載波。邊帶產(chǎn)生器主要由上、下邊帶振蕩器、相位檢測板、SGN主板組成[1]。

（二）邊帶調(diào)制與放大器簡介

邊帶調(diào)制與放大組件（SMA）主要是將SGN中壓控晶體振蕩器送來的邊帶信號放大至5W左右，再使用正弦形狀的混合函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，最后用于驅(qū)動天線射頻開關(guān)。SMA主要由驅(qū)動放大器、隔離器、低通濾波器、邊帶耦合器、邊帶調(diào)制器和電平控制板組成[1]。

三、電路分析

（一）SGN主板電路分析

SGN主板控制著兩個邊帶與載波的相位關(guān)系。當(dāng)設(shè)備開機(jī)后，確保這些信號能快速地鎖定至所需相位。板內(nèi)包含9960Hz產(chǎn)生器、數(shù)字相位轉(zhuǎn)換器、相位檢測器和邊帶電平控制電路。

來自TSD模塊的主時(shí)鐘3.1104MHz信號，通過XMA：2接入SGN。在D2：4緩沖后加載于二分頻器D1：1。輸出信號分為兩路，一路經(jīng)三個延時(shí)門D2：2、D2：6和D2：15至精調(diào)相位調(diào)整寄存器D6和D8，作為其時(shí)鐘頻率。另一路輸出至三分頻器D3，D3：12輸出信號至粗調(diào)相位調(diào)整寄存器D5和D7，及六分頻器D4。D4輸出信號在D1中2分頻，得到9960Hz邊帶參考信號。

上邊帶延時(shí)D5、D6由前面板開關(guān)S2和S3控制，并貼有COARSE和FINE標(biāo)簽。COARSE提供30度/步的延時(shí)，F(xiàn)INE提供2.3度/步的延時(shí)。下邊帶延時(shí)由板內(nèi)的預(yù)設(shè)二進(jìn)制開關(guān)S1控制，當(dāng)邊帶相位開關(guān)S4處于TEST位置時(shí)，才能對其進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際上，下邊帶相位延時(shí)通常都為180°。

因上下邊帶電路除了元件參數(shù)運(yùn)行不同外，其他都是相同的，所以下文僅對USB電路進(jìn)行描述。

在鎖相環(huán)部分，放大器N1提供兩個由V1控制的增益電平。在搜尋階段，V1被切斷并且N1作為單位增益電壓跟隨器使用，但是當(dāng)頻率鎖定后，V1正偏并且V1變?yōu)?的增益，在鎖相情況下，提供增加環(huán)路增益。

當(dāng)頻率和相位鎖定于采樣信號后，鎖相環(huán)將輸出0V。當(dāng)頻率鎖定，但相位不鎖定時(shí)，采樣脈沖將不出現(xiàn)在零點(diǎn)，而是在正弦波的其他點(diǎn)。這種情況將從采樣信號和保持檢測器產(chǎn)生一個直流電壓，這個電壓引發(fā)VCO改變，從而鎖相。當(dāng)鎖相環(huán)失鎖，三角波產(chǎn)生器被激活（N4和V4-V8）并且UNLOCK指示燈亮。失鎖情況將引發(fā)N3：1產(chǎn)生一個交流信號，N3：1由V11檢測。N4A：1的輸出激活三角波產(chǎn)生器。當(dāng)進(jìn)入搜索模式后，N3：7作為積分器控制三角波的變化率。N4：7和V4-V7控制積分器N3：7的電壓在+12至-12之間變化。

N41為邊帶功率和平衡預(yù)設(shè)調(diào)整提供一個參考電壓。當(dāng)S5和S6處于ON位置時(shí)，邊帶平衡調(diào)整電壓緩沖于N40并加載至TSD和SMA模塊。

（二）SMA電平控制板電路分析

電平控制板為整個組件的控制核心，包含奇數(shù)和偶數(shù)邊帶調(diào)制與放大器的包絡(luò)檢波電路、奇數(shù)和偶數(shù)反向功率告警電路以及射頻電平反饋電路。邊帶調(diào)制與放大器的包絡(luò)檢波電路圖中，二極管V2（V3）為調(diào)制器中的ODD（EVEN）正向功率檢測器二極管V4（V5）提供溫度補(bǔ)償。電壓跟隨器N1：1（N1：7）輸出信號送至比較器N2（N3）。比較器輸入端接反饋信號和ODD（EVEN）調(diào)制驅(qū)動（來自混合函數(shù)產(chǎn)生器），輸出得到的差分信號被用于驅(qū)動調(diào)制器中的PIN二極管。電壓跟隨器N4用于混合函數(shù)信號至測試信號（前面板）的輸出緩沖。此電路中，還有一個可調(diào)電阻RV1（FWD DET BAL），用于將輸出的兩個邊帶峰值調(diào)至相等。

射頻電平反饋電路中，電壓跟隨器N8接收定向耦合器中峰值檢測器的輸出信號，為測試單元提供緩沖輸出。放大器N7接收峰值檢波器V3（位于邊帶調(diào)制器的輸入端）的信號，與邊帶電平參考（由GATE BIAS設(shè)置）進(jìn)行比較。其輸出通過放大器V12和V13后，用于驅(qū)動放大器。放大器V15和V16為驅(qū)動放大器的集電極提供一個固定的電壓。晶體管V11和V14為驅(qū)動放大器提供峰值電流限制，以保護(hù)驅(qū)動放大器。與V22、V17、V18和V19相連的N9：7提供一個補(bǔ)償偏置電壓給驅(qū)動放大器。比較器N9：1為保護(hù)電路，當(dāng)從驅(qū)動放大器檢測到一個過大的輸出電平時(shí)，將移除驅(qū)動放大器偏置電壓，從而起到保護(hù)的作用。

反向功率告警電路中，N5、N6A、D2和D3用于與第二塊SMA模塊相連，組成一個復(fù)合的告警系統(tǒng)。這些電路檢測邊帶系統(tǒng)中的反向功率的電平并且由D1產(chǎn)生告警信號。如果一個天線信號失效，那么D1：6產(chǎn)生一個告警信號。如果直徑線上的一對天線失效，那么D1：10產(chǎn)生一個告警。告警電路的輸出送至D2和D3。反饋回路由V5、V6與N5為調(diào)制器中的ODD和EVEN反向功率檢測器V6和V7提供補(bǔ)償。其輸出直接連接反向功率告警電路比較器N6。

四、調(diào)整方法

（一）邊帶測試器的調(diào)整

當(dāng)使用現(xiàn)場對SGN（1A71146）主板進(jìn)行更換后，需要對DC補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整，具體調(diào)整方法如下：①設(shè)備關(guān)機(jī)狀態(tài)下，使用33路延伸電纜從機(jī)柜背面連接SGN主板。不要連接背面的同軸電纜。②在SGN上，關(guān)閉USB和LSB。③在CMP上，關(guān)閉CARRIER和30Hz。④開機(jī)。⑤使用數(shù)字萬用表測量SGN主板上的X2電壓。如果需要，調(diào)整RV1，使得電壓為0至-5mV。⑥測量X32的電壓，如果需要，調(diào)整RV31，使得電壓為0至-5mV。⑦關(guān)機(jī)。⑧移除延伸線并將SGN重新插回機(jī)柜。

（二）邊帶調(diào)制與放大器的調(diào)整

1.調(diào)整前設(shè)置

①關(guān)機(jī)狀態(tài)下，移除SMA，將其放在機(jī)柜背面的支架上，使用延伸線連接SMA和機(jī)柜并且連接SMA上的電纜。

②在CTU上，設(shè)置MOINTOR ALARM為INHIBIT。在CMP上，設(shè)置CARRIER POWER為OFF。在TSD上，設(shè)置兩個TEST開關(guān)為NORM。在SGN上，設(shè)置SIDEBAND PHASE為NORM，PHASE REF為TEST并且兩個SIDEBAND TEST開關(guān)為OFF。

③如果驅(qū)動放大器（1A71157）或電平控制板（1A71163）被替換過，那么將電平控制板上的GATE BIAS（RV6）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至底，O/P LIMIT（RV5）為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至底。

④按照需求（需測試的模塊為SMAU或SMAL），將SGN上的SIDEBAND TEST開關(guān)置于NORM（USB或LSB），打開邊帶。

⑤最后，開始具體板內(nèi)子組件的調(diào)整時(shí)，最好在“維護(hù)模式”下開啟設(shè)備。

2.偏置電壓調(diào)整

①斷開SMA組件XFD口上的電纜，目的是移除至SMA的驅(qū)動輸入。

②開機(jī)并打開所需邊帶。

③通過測量SMA電平控制板上的X12和X13之間的直流電壓，可計(jì)算出驅(qū)動放大器第一級驅(qū)動的電流。電流的計(jì)算方式為：

電流（A）=2×電壓（X12與X13之間）

④例如：150mV對應(yīng)300mA。

⑤調(diào)整GATE BIAS（RV6），使電流等于標(biāo)記于驅(qū)動放大器赫茲的數(shù)值。電流允許的范圍為250至400mA。

⑥關(guān)機(jī)并重新連接SMA上的XFD。

3.輸出門限調(diào)整

①斷開調(diào)制器（1A71159）上的XFA連接電纜，將功率計(jì)（25W）和12W 射頻負(fù)載連接至調(diào)制器的輸出端。

②將電平控制板上的開關(guān)S1設(shè)置為TEST。

③開機(jī)并打開所需的邊帶。此時(shí)，功率計(jì)上應(yīng)顯示有7W的功率（由SGN上的控制電壓決定）。

④而后將電平控制板上的開關(guān)S1設(shè)置為NORM，功率應(yīng)超過14W。通過調(diào)整O/P LIMIT（RV5），使得功率減小至13W。這個過程不要維持超過10秒，否則12W射頻負(fù)載將過熱。

⑤關(guān)機(jī)，移除功率計(jì)等。重新連接邊帶調(diào)制器，保留開關(guān)S1為NORM位置。

4.射頻驅(qū)動調(diào)整

①連接功率計(jì)（5W）和12W射頻負(fù)載至邊帶調(diào)制器（1A71159）的XFB端，XFC正常連接。

②檢查電平控制板上的TEST開關(guān)S1為NORM位置。

③在TSD上，選擇BLENDING FUNCTION TEST為ODD MAX。

④開機(jī)并打開所需邊帶。

⑤測量SGN上CONT VOLTS測試孔的電壓（與正在測試的SMA相對應(yīng)的邊帶）。記錄這個值，以便隨后能夠通過調(diào)整S/B POWER返回這個正常設(shè)置的值。

⑥調(diào)整SGN上的S/B POWER控件，使得功率的讀數(shù)為5W。逆時(shí)針調(diào)整SMA上電平控制板的RF DRIVE（RV4），直到功率計(jì)上的功率開始下降。而后，順時(shí)針調(diào)整RV4，直到使得功率停止增加這個點(diǎn)為止。如果需要，調(diào)整SGN上的S/B POWER重置功率為5W。

⑦在TSD上，設(shè)置BLEDNING FUNCITON TEST為NORM。示波器連接至SMA前面板上的DETECTED O/P，ODD測試孔。顯示被調(diào)制邊帶的波形。

⑧逆時(shí)針調(diào)整RF DRIVE（RV4），使得被檢測到的波形上剛剛出現(xiàn)削頂?shù)那闆r。

⑨測量電平控制板上的R55的電壓（測量點(diǎn)為靠近RV4的一端），其值應(yīng)大約為4.4V。順時(shí)針調(diào)整RF DRIVE（RV4），直達(dá)電壓增加0.85V。這時(shí)射頻驅(qū)動就調(diào)整好了。

⑩如果還要進(jìn)行下一步驟的調(diào)整，那么保留S/B POWER的調(diào)整，否則，恢復(fù)S/B POWER為原來的值（之前進(jìn)行過記錄）。關(guān)機(jī)，移除功率計(jì)等并恢復(fù)連接。

5.平衡檢測器

①連接功率計(jì)（5W）和12W射頻負(fù)載至邊帶調(diào)制器（1A71159）的XFB端，XFC正常連接。

②按上節(jié)射頻驅(qū)動調(diào)整的②至⑥所述，調(diào)整ODD MAX功率輸出為5W。精確測量XFB端的功率。

③關(guān)閉邊帶，轉(zhuǎn)換功率計(jì)和負(fù)載至SMA的XFC并且恢復(fù)XFB的連接。

④打開邊帶并選擇EVEN MAX。

⑤調(diào)整SMA電平控制板上的FWD DET BAL預(yù)設(shè)R1，使功率計(jì)的讀數(shù)與②中所測得的數(shù)值一樣。

⑥如果還要進(jìn)行下一節(jié)的調(diào)整，那么保留S/B POWER的調(diào)整，否則，恢復(fù)S/B POWER為原來的設(shè)置（之前進(jìn)行過記錄）。關(guān)機(jī)，移除功率計(jì)等并恢復(fù)連接。

6.反射告警調(diào)整

①連接功率計(jì)（5W）和12W射頻負(fù)載至邊帶調(diào)制器（1A71159）的XFB端，XFC正常連接。

②按上節(jié)射頻驅(qū)動調(diào)整的②至⑥所述，調(diào)整ODD MAX功率輸出為5W。精確測量XFB端的功率。

③關(guān)閉邊帶并斷開功率計(jì)。

④使用BNC三通連接至XFB，重新連接功率計(jì)和負(fù)載，三通另一側(cè)接一個50歐12W負(fù)載。此時(shí)，兩個50歐負(fù)載并聯(lián)，導(dǎo)致負(fù)載變?yōu)?5歐，XFB處的VSWR為2：1。

⑤打開邊帶。示波器的一個通道連接至DETECTED O/P ODD測試孔，另一個通道連接至XMA：21（SMA的背面）。在TSD上，設(shè)置BLENDING FUNCTION為NORM。

⑥調(diào)整REV PWR THRESH（RV3），直到隨檢測包絡(luò)波形的峰值點(diǎn)同步有一個脈沖出現(xiàn)在XMA：21上，脈沖寬度為0.2至0.3毫秒。

⑦關(guān)閉邊帶，轉(zhuǎn)換25歐負(fù)載至XFC。XFB恢復(fù)連接。

⑧打開邊帶。示波器兩個通道分別連接至DETECTED O/P EVEN測試孔和XMA：23。調(diào)整REV DET BAL（RV2），使得XMA：23出現(xiàn)的脈沖寬為0.2至0.3毫秒。

⑨恢復(fù)S/B POWER功率值。

⑩關(guān)機(jī)，斷開測量設(shè)備，將SMA插入機(jī)柜。重新開機(jī)，信標(biāo)正常運(yùn)行。

五、結(jié)束語

邊帶系統(tǒng)是全向信標(biāo)的重要組成部件，當(dāng)SGN和SMA組件內(nèi)的有更換新的子組件的情況后，都需現(xiàn)場對其進(jìn)行檢查，確保所有控制電壓都為合適的值或在合適的范圍內(nèi)。此外，應(yīng)特別注意新的邊帶輸出功率應(yīng)確保與更換前的功率值基本一致，這樣才能確保全向信標(biāo)的副載波調(diào)制度等關(guān)鍵參數(shù)不發(fā)生改變，有條件的情況下，可使用外場測試儀來對輻射信號進(jìn)行檢測，判斷其是否和校飛通過的數(shù)據(jù)一致，以確保設(shè)備的正常使用。

作者單位：袁昆 劉錦瑞 民航云南空管分局

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]鄭連興，倪育德.多普勒全向信標(biāo)DVOR VRB-51D[M].中國民航出版社，1996.

袁昆（1985.11-），男，漢族，云南昆明，大學(xué)本科，工程師，研究方向：民航導(dǎo)航設(shè)備維護(hù)維修；

劉錦瑞（1989.10-），男，漢族，云南玉溪，大學(xué)本科，工程師，研究方向：民航導(dǎo)航設(shè)備維護(hù)維修。