DVORVRB—51D邊帶信號產生器故障分析

李輝

摘 要：民航內蒙古空管分局土牧爾臺導航臺安裝了一套由澳大利亞AWA公司生產的VRB-51D型全向信標設備，該設備性能可靠，運行非常穩定，不易故障。但該套設備現已運行接近20年，設備電子元器件進入老化階段，進入了故障高發期。在實際工作中，我們發現邊帶信號產生器是比較容易發生故障的器件，對其故障現象和排除方法進行了總結，供同行參考。

關鍵詞：邊帶信號產生器；檢修經驗；故障分析

中圖分類號：V243.1 文獻標志碼：A

1 全向信標原理

導航就是指引飛機按照預定線路可靠準確的從一端到另一端。其方法主要是通過測量飛機相對于導航設備的方向和距離來實現定位。主要分為無線電導航、多普勒導航、慣性導航和儀表導航等。甚高頻全向信標屬于無線電導航的一種，與機載接收機配合使用，機載接收機通過接收地面設備發射的無線電信號測出磁方位角。可以通過兩部VOR信標或一部VOR信標和DME設備合裝來完成飛機定位。目前存在兩種不同模式的甚高頻全向信標，普通全向信標和多普勒全向信標，多普勒全向信標是利用了多普勒效應完成其功能。

多普勒效應是指當輻射源和觀察者直接發生相對運動時，觀察者會發現其所接受的輻射源輻射的信號產生了頻率變化的一種現象。這一現象是由奧地利物理學家赫利斯金·多普勒在1842年對聲學進行研究時首先發現的。其實在日常生活中，我們經常會發現飛機在起飛時距離由近及遠時，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就是利用這一原理，地面全向信標設備向機載VOR接收機發射基準相位的30Hz信號和可變相位的30Hz信號這樣一個復雜的合成無線電信，經機載接收機解調后，測出地面全向信標臺相對于飛機的磁方位角，即VOR方位，進而對飛機相對于全向信標臺的方位進行確定。

VRB-51D主要由天線系統和發射機柜構成，天線系統由49根改進型阿爾福特天線構成，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。發射機柜包括射頻放大器監視器、副載波監視器、濾波器和識別監視器、方位計數器監視器、控制和遙控組件、定時序列產生器、基準相位產生器、天線開關驅動器、邊帶信號產生器、邊帶切換單元、載波調制與保護單元、載波產生器和驅動器、邊帶調制器和放大器、電源控制開關、直流電壓變換器等。

2 邊帶信號產生器故障排查

邊帶信號產生器SGN用于產生fc+9969Hz上邊帶信號和fc-9969Hz下邊帶信號，共同送到邊帶天線，以30Hz速率旋轉，生成30Hz可變相位信號，該信號是對9969Hz分載頻信號調頻，調頻后的分載頻再對載波進行調幅。為了滿足邊帶信號與中央載波信號在空間合成標準調幅波，要求邊帶和載波之間滿足一定的相位關系，因此SGN模塊采用鎖相環。

SGN組件包括以下子單元：主板、平衡混頻器、信號振蕩器。平衡混頻器包括兩個子部分，一為相同的兩個上下邊帶平衡混頻器，將上下邊帶的取樣信號與載波取樣信號進行混頻，獲得差頻信號；二為射頻符合信號發生器，用于監控校準。信號振蕩器在相位鎖定時用于產生頻率為fc+9969Hz和fc-9969Hz上下邊帶信號，是一種壓控晶體振蕩器。

全向信標故障現象：全向信標DVOR二號機故障，監控面板顯示副載波（SUBCARRIER）、缺口（NOTCHDVOR）告警燈亮，設備無法正常工作，自動切換到一號機工作。

檢修過程：

（1）首先打開面板上的數字表，測量上下邊帶的發射功率，通過測試發現上邊帶功率正常，下邊帶功率為0，所以初步確認為是下邊帶部分發生故障。

（2）為了解決下邊帶部分的故障，使用備用邊帶調制器和放大器組件SMA更換二號機的SMA組件，開機后發現二號機仍然不能正常工作，所以排除SMA組件的故障的可能性。

（3）將備用SGN組件換在二號機SGN上，開機后發現2號機恢復正常工作，證明二號機SGN組件發生故障。首先大家認為是SGN壓控振蕩器損壞，但換過晶振后，二號機器并未恢復正常工作，于是又將壓控振蕩器的備件換上，開機后設備仍不能正常工作，于是初步排除壓控振蕩器有故障。開始排查相位控制部分1A71147，但更換后設備仍不能正常工作，于是這一部分有故障也被排除。這時將注意力轉移到SGN主面板1A71146上，將檢修板掛在二號DVOR機箱后面，接上延長板，用示波器測量下邊帶輸出波形，同上邊帶對照，對下邊帶的信號進行跟蹤測試，帶X頭的，但仍未發現有故障。這時，又將注意力轉回了壓控振蕩器部分，但這時又認為既然換了一個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，因為壓控振蕩器只要有輸入±15V就能工作，從SGN來的相位控制信號只不過起了一個鎖定頻率的作用，此時，測輸入電壓又正常，說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，從輸出頭測試發現其不振蕩，這時才初步肯定是壓控振蕩器的故障，但又不知所以然。經過一番考慮后，認為可能是可調的電容或電感沒有調好，使振蕩器G1不起振，于是用無鋼改錐輕輕調了下G1上的L1。這時奇跡出現了，從壓控振蕩器的輸出頭可以測到振蕩器有輸出了，這時，將上下邊帶的輸出都接在示波器上，先測上邊帶振蕩器的振蕩波形在示波器上占幾格，在測下邊帶振蕩器，調L1使其在輸出信號在示波器上所占格數同上邊帶一樣。這樣故障消除設備恢復正常。

故障原因：廠家未將G1上的可變電感L1調合適，所以導致晶體振蕩器不振蕩，造成下邊帶輸出功率為0，設備所帶備件同樣沒有將G1上的可變電感L1調合適。

3 檢修經驗總結

由于全向信標設備結構比較復雜，原理深奧，組件分散，所以想要精通設備必須對設備原理進行深入的學習，繪制設備信號流程，對各測試節點的參數熟記于心，并通過多次故障排查積累經驗。VRB-51D型DVOR采用全固態的模塊結構，可以分別將各模塊拆卸下來進行替換以排查故障模塊進行快速故障定位。此外，若是掌握了設備電路原理，就可以通過使用延伸板將電路板置于機柜外部，通過使用儀器儀表對電路板上的各測試點進行測試，查看測試結果是否與設備手冊上的測試結果一致，以此來判斷具體故障的電路模塊。另外還可以使用示波器萬用表等儀器對模塊面板上的測試孔進行測試，查看測試波形和電壓，對比標準值，進行快速排故。

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

最后，當設備無法開啟時，不要慌張，通過積累的經驗一步步進行排查，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。

參考文獻

[1]盧建軍.多普勒全向信標的故障分析及其檢修方法[J].電子世界，2014（10）：365-366.

[2]李詩千.DVOR-4000型全向信標設備告警分析一例[J].科學中國人，2017（18）：15-17.

[3]由曉峰.全向信標副載波調制度過低原因探討[J].空中交通管理，2011（1）：27-28.