AWA多普勒全向信標(biāo)天線系統(tǒng)故障分析

民航新疆空中交通管理局技術(shù)保障中心 龔成緯

AWA多普勒全向信標(biāo)天線系統(tǒng)故障分析

民航新疆空中交通管理局技術(shù)保障中心 龔成緯

【摘要】結(jié)合對AWA系列DVOR（51D及52D型）設(shè)備典型的天線原因造成的故障案列進(jìn)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(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)生哪些不同的告警現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】多普勒全向信標(biāo)；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(biāo)（DVOR）是一種高精度近程相位測角導(dǎo)航系統(tǒng)，與機(jī)載接收機(jī)配合，可以測得地面臺站相對于飛機(jī)的臺磁方位角。原澳大利亞AWA公司所生產(chǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于新疆各處的DVOR設(shè)備型號有VRB 51D型及VRB 52D型，52D屬于51D改進(jìn)型但在在天線系統(tǒng)方面保持了一致。此類設(shè)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(guān)控制的方法定時(shí)來改變對每根邊帶天線的饋電以此模擬天線的旋轉(zhuǎn)，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(jìn)行幅度調(diào)制，完成整個(gè)的信號產(chǎn)生［1］。

1、主要相關(guān)告警分析

1.1 方位告警

DVOR設(shè)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(huì)導(dǎo)致告警。

1.2 30HzAM告警

30HzAm信號是由基準(zhǔn)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(hù)板塊CMP，作為調(diào)制信號加載到載波產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)器CGD的驅(qū)動(dòng)放大器1A71157上對載波進(jìn)行調(diào)制，在經(jīng)過載波通路至載波天線輻射出去。所以當(dāng)出現(xiàn)30HzAM信號告警時(shí)，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(huì)導(dǎo)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(jìn)行排故。

1.3 副載波告警

副載波信號被邊帶信號進(jìn)行調(diào)頻，然后以調(diào)幅的方式調(diào)制于載波，所以當(dāng)出現(xiàn)副載波告警時(shí)，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(huì)導(dǎo)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(huì)有兩種情況：如果設(shè)備立即換機(jī)或關(guān)機(jī)，則表明反射很強(qiáng)，有斷路情況發(fā)生；如果經(jīng)過近10秒的延時(shí)后產(chǎn)生換機(jī)或關(guān)機(jī)則表明載波通路匹配不正常。

1.5 邊帶反射功率告警

當(dāng)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(shí)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(dāng)邊帶天線繼電器故障時(shí)同時(shí)會(huì)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(jìn)型阿爾福特天線，位于整個(gè)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(dāng)載波天線通路匹配性降低、駐波比升高時(shí)，會(huì)造成載波、30HzAM、識別信號的輻射異常，可能會(huì)導(dǎo)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(dāng)出現(xiàn)載波反向功率告警時(shí)，應(yīng)將其作為主要告警優(yōu)先排除，該告警出現(xiàn)時(shí)基本可以認(rèn)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(shè)備雙機(jī)不定時(shí)短暫出現(xiàn)方位、30Hz AM、副載波告警，造成主備機(jī)間頻繁換機(jī)。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(shí)，方位有大幅度漂移，復(fù)合DVOR信號測量時(shí)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(jī)同時(shí)出現(xiàn)了相同的故障、并且本地維護(hù)開啟時(shí)，設(shè)備工作正常，排除單個(gè)設(shè)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(shí)出現(xiàn)方位、副載波、30HzAM告警，以上述對單個(gè)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(jìn)而引起30Hz AM信號電平變化造成告警，同時(shí)也會(huì)引起方位告警。觀察復(fù)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(shí)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(dāng)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(huì)造成復(fù)合VOR信號跳躍。c）外部干擾也會(huì)造成同樣的故障現(xiàn)象。

2.2.3 故障處理

1）準(zhǔn)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(jìn)入設(shè)備經(jīng)過的功分器（MBD）及監(jiān)控天線進(jìn)行了更換，設(shè)備故障現(xiàn)象依舊；然后對設(shè)備至監(jiān)控天線的埋地電纜進(jìn)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(jìn)行重新制作并緊固后，觀察設(shè)備運(yùn)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(gè)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(shè)備，發(fā)現(xiàn)電纜頭仍舊存在電纜頭松動(dòng)導(dǎo)致頭芯下墜的現(xiàn)象，打開電纜頭仔細(xì)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(shí)割切太深致使電纜頭容易松動(dòng)，但由于載波天線的長度及匹配情況涉及到整個(gè)載波信號的電氣長度并會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，不宜輕易重做電纜頭，維修人員對現(xiàn)有纜頭進(jìn)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(shè)備恢復(fù)正常。

2.2.4 分析建議

1）發(fā)生該種現(xiàn)象的故障時(shí)，應(yīng)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(shí)，可以首先調(diào)整機(jī)內(nèi)濾波網(wǎng)絡(luò)，檢查MRF是否正常。3）安裝時(shí)應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)。

3、邊帶天線

3.1 原理分析

DVOR邊帶天線為48根改進(jìn)型阿爾福特天線，組成一個(gè)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(guān)的電氣方法完成模擬天線的旋轉(zhuǎn)，也就是在空間旋轉(zhuǎn)的邊帶信號能量，實(shí)際上是將輻射功率由一個(gè)天線到另一個(gè)天線依次轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)邊帶天線通路匹配性降低、駐波比下降時(shí)，其會(huì)影響到邊帶信號的正常輻射，其具體可能導(dǎo)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(dāng)出現(xiàn)邊帶反向功率告警時(shí)，應(yīng)將其作為主要告警優(yōu)先排除，該告警出現(xiàn)時(shí)基本可以認(rèn)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(jī)同時(shí)出現(xiàn)方位、缺口、邊帶反射功率告警，雙機(jī)來回切換機(jī)后關(guān)機(jī)。

3.2.2 故障原因分析

1）雙機(jī)出現(xiàn)相同的告警信息，且雙機(jī)維護(hù)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(yīng)以排除其為主。3）邊帶繼電器故障時(shí)會(huì)有多個(gè)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(dāng)夜出現(xiàn)罕見大雨，可能為天線接口處進(jìn)入潮氣，引起匹配發(fā)生變化。

3.2.3 故障處理

1）準(zhǔn)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(jī)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(shè)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(gè)波，說明邊帶天線中有相對于圓心對稱的兩個(gè)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(yīng)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(shí)一般不會(huì)造成雙機(jī)故障，且伴隨有副載波告警，若要具體判斷哪個(gè)繼電器，可以將其進(jìn)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(shí)用示波器另一通道檢查ASD各孔信號，檢查相對應(yīng)的故障天線。3）要著重關(guān)注惡劣天氣下對設(shè)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(shè)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(jìn)入兩臺設(shè)備（雙機(jī)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(yīng)的預(yù)設(shè)門限進(jìn)行比較，當(dāng)超出門限時(shí)，設(shè)備產(chǎn)生告警。所以當(dāng)監(jiān)控天線通路出現(xiàn)異常時(shí)，這五個(gè)參數(shù)均有可能產(chǎn)生告警。

5、天線系統(tǒng)故障分析總結(jié)

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(jī)故障，雙機(jī)絕大多數(shù)情況下會(huì)出現(xiàn)相同的故障告警。若是持續(xù)性的故障告警時(shí)，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(diǎn)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(jìn)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(shí)的外場環(huán)境及設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，這可能與故障的產(chǎn)生息息相關(guān)。同時(shí)在對載波及邊帶天線排故時(shí)，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(xiàn)

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