自動定向儀故障分析

唐福軍 叢志民

摘要：首先將振幅式自動定向儀與相位式自動定向儀的工作原理進行對比，從修理的角度看待二者的不同之處，提出在修理中遇到故障時的基本分析思路;以國內運輸機上使用最廣泛的WL-7（振幅式）和WL-7B（相位式）型自動定向儀為例，介紹了實際修理中自動定向速度慢和定向誤差大故障的排除過程。

關鍵詞：自動定向儀;定向速度;定向誤差

0引言

目前，國內運輸機中使用的自動定向儀型號眾多，如WL-7、A P K-15M、WL-7B、WL-11/11A、ADF-60、ADF650/650A等。從工作原理來看，自動定向儀可以分為振幅式和相位式兩種，前者包括WL-7、A P K-15M，后者包括WL7B、ADF-60、ADF-650/650A、WL-11/11A。從功能上可分為“收訊”和“羅盤”兩種工作狀態，“收訊”狀態的自動定向儀實際是中長波收訊機，“羅盤”狀態可看成是在“收訊”的基礎上增加了定向系統。在“收訊”方式，接收中長波電臺信號，輸出音頻信號;在“羅盤”方式，接收導航臺信號，能連續自動地指示出航向角（即相對方位角，是飛機縱軸與電臺方向之間的角度），同時輸出音頻信號，引導飛機進行航線或進場飛行。

1自動定向儀的工作原理

振幅式自動定向儀通過環形天線和垂直天線方向性圖疊加后形成的心臟形圖的交替變化測定調制度的方法來進行定向，典型產品是WL-7型自動定向儀和APK-15M型自動定向儀。振幅式自動定向儀的基本原理框圖如圖1所示。

由圖1可知，環形天線與測角器組成的系統輸出橫8字型方向性圖的感應信號，經移相90°、平衡調制后，與垂直天線感應信號疊加，疊加后的信號經接收機處理后取出135Hz信號（可變相信號）加到伺服電機，與固定相的135Hz信號共同作用于伺服電機。因測角器、伺服電機、同步發送器、航向指示器是同步轉動，故航向指示器指示出相對方位角。

相位式自動定向儀的基本原理框圖如圖2所示，其定向的基本原理：正弦環形天線與余弦環形天線接收到的信號分別被低頻（如80Hz）調制信號調幅，兩個調制信號相位相差90°。經調制后的兩個信號合成后產生一個組合調制信號。組合調制信號與垂直天線信號疊加，其疊加信號的外包絡相位包含相對方位信息。經接收機相干檢波后輸出外包絡復合音頻（含有方位信息），再由微處理器采用相關技術與低頻（80Hz）調制信號進行鑒相，以確定飛機與地面電臺的相對方位角。

由此可見，兩者存在明顯的不同。首先，振幅式自動定向儀在整體上通過伺服電機形成一個閉環，伺服電機帶動測角器轉動，改變可變相信號大小，直至定向為止，即在定向過程中定向信號是變化的。因此，在修理中，給定方位后，跟蹤可變相信號和固定相信號對判斷定向系統的故障很重要;相位式自動定向儀的定向過程分為相對獨立的兩個部分——疊加前和疊加后，給定方位后，疊加信號含有的方位信息確定，在疊加后通過鑒相器還原方位信息，即給定方位后，定向系統各節點的波形是確定的，修理中可直接檢查。其次，在結構上，振幅式自動定向儀使用測角器、伺服電機、同步發送器及傳動部分等轉動部件，是機電一體化的產品，體積較大，即使接收機部分的頻率合成器采用數字電路、調諧部分使用變容二極管后，整個羅盤的體積仍比較大，長時間使用后易出現機械故障;相位式自動定向儀使用數字技術，如采用微處理器和數字集成電路等，不采用測角器，體積很小，故障率相對也較小。

下面以國內運輸機上使用最廣泛的WL-7-6A自動定向儀接收機（振幅式）和WL-7B自動定向儀接收機（相位式）為例，研究其修理中經常遇到的兩種故障的實際排除過程。

2故障分析和排除

2.1故障分類

自動定向儀經常出現的故障一般可以分為三類：自動調諧系統的故障、收訊系統的故障和定向系統的故障。在采用數字電路和變容二極管后，自動調諧系統和收訊系統已發展為純電子系統，且定向系統各型號產品的定向原理也不相同。因此，在修理中應明確基本分析思路，運用于由定向系統引起的定向速度慢、定向誤差大等故障的排除過程中。

2.2自動定向速度慢

1）在WL-7-6A自動定向儀接收機通電檢查時，自動定向速度為2.8s，雖然在技術要求范圍內，但比一般數據2.1s的指標要差，明顯感覺速度慢;手控定向時，定向速度為5.5s（控制盒的“手控”旋鈕旋至最大時），比一般數據Ss的指標要差，速度明顯慢。

根據故障現象分析，雖然WL-7-6A自動定向儀接收機的定向系統分布在高頻組件、中頻組件、測向組件等幾個組件上，但根據手控定向也慢這個現象判斷，故障應在測向組件上，而且應在自動定向和手控定向的公用部分。因為，自動定向與高頻組件、中頻組件、測向組件都有關，具體可從圖1的原理分析得知;但手控定向實際上只有測向組件和控制箱起作用，與高頻組件、中頻組件無關，經串件后確認故障在測向組件上。

WL-7-6A自動定向儀接收機的CX-1測向組件電路如圖3所示。自動定向和手控定向的公用部分有固定相、可變相、伺服電機等幾個部分。首先，檢查伺服電機，電機的R1·3=R2·4=35.5Ω（正常應為35±2Ω），檢查合格。懷疑伺服電機的機械部分阻尼增大，造成定向速度變慢，但經清洗和更換電機后情況并無改善;其次，檢查手控定向時2BG3“C”集電極固定相的135Hz信號波形、2BG6“C”集電極的可變相135Hz信號波形，發現固定相波形幅度和可變相波形幅度也比正常時均偏小。固定相和可變相的電路結構相似，均有電壓放大電路和功率放大電路，并且每個電路中都有可調元件，雖然出廠時已經選定元件，但修理中可以調整，以適應元器件由于長時間使用后性能變化而造成回路失諧。調整2R8，使電壓放大器2BG2“C”的輸出電壓最大;調整2R10，使功率放大器2BG3“C”輸出電壓最大。調整后，手控時的固定相和可變相135Hz信號波形幅度沒有明顯變化，手控定向速度也沒有改善。

固定相和可變相兩路輸出信號的幅度經調整后仍比正常時小，表明故障應在之后的電路中，也就是說功放電路的功放管放大倍數下降（用數字多用表測量該功放管各極的結電壓正常）導致驅動能力不足，更換2BG3功放管后，兩路信號的幅度恢復正常，自動定向速度達到2.1s，手動定向速度達到5s，故障排除。

2） WL-7B自動定向儀Ⅱ、Ⅲ波段定向速度慢，其他五個波段定向正常。

根據故障現象，通過串件排除了控制盒可能出現故障的情況，重點檢查接收機的A3通道板和A4頻率合成器板（具體線路圖見WL-7B型自動定向儀技術說明書）。

首先，用示波器檢查A4頻率合成器板的一本振（15.150～16.7495MHz）、二本振（18.6MHz）頻率和幅度，均正常;檢查波段邏輯控制電路輸出的控制關系，正常。因此，排除了頻率合成器板故障的可能。接下來，檢查A3通道板，從線路圖分析得知：當自動定向儀接收機選定某頻率時，頻率合成器板中的邏輯電路根據控制箱所設定的接收頻率給出1個“1”電平和6個“0”電平的邏輯控制，邏輯“1”對應于七個波段中的一個，使波段邏輯控制電路的N1中的一個晶體管飽和導通，提供一個接地回路，使一對輸入/輸出二極管開關（V4/V5、V6/V7、V8/V9、VlO/Vll、V12/V13、V15/V16）接通，將相應的射頻帶通濾波器接入電路，其余的6個射頻帶通濾波器由于其對應的一對輸入/輸出二極管反偏而使信號通路截止。檢查V6/V7、V8/V9的正向電阻為∞，即由于二極管開路，造成Ⅱ、Ⅲ波段的信號不能通過。更換這四個二極管開關后，故障排除。

2.3定向誤差大

1） WL-7-6A自動定向儀接收機定向誤差大，無法校羅差

通電檢查發現，自動定向輸入5mV的大信號時，對不準零刻度，誤差為±2°，并且每次定向的位置不完全相同，有回差;在測量小信號輸入時的定向靈敏度時，指針擺動偶爾超差。

根據前面分析可知，自動定向與高頻組件、中頻組件、測向組件都有關，重新統調高頻組件、中頻組件，故障現象依舊，因此斷定測向組件發生故障，用串件法確認故障在測向組件上。檢查測向組件自動定向時的兩路135Hz信號，未發現異常，表明各信號電路工作正常。

信號電路工作正常而定向誤差不合格，最可能的故障部件是測向組件幾個轉動器件和傳動齒輪。拆開測向組件上蓋板，取出同步發送器和測角器之間的傳動齒輪，由原理可知此時的羅盤仍能自動定向，但是用接收機自帶的刻度盤可以指示方位，卻沒有向外接的航向指示器的輸出。安裝測角器上的刻度盤，輸入5mV的大信號時，故障現象依舊，說明同步發送器及傳動齒輪正常。自動定向過程中檢查插頭6腳的波形調制度，正常，再次確認同步發送器的功能正常;更換伺服電機，故障現象未變;更換測角器后，誤差不到0.5°，工作正常。

仔細檢查更換下來的測角器，發現由于測角器固定銷與轉軸上的固定孔配合不當，造成固定在測角器轉軸上的齒輪松動，進而導致在大信號輸入時定向指針由于慣性對不準零度，并且出現回差;在定向靈敏度（小信號輸入）時，指針的擺動和齒輪的松動使擺動偶爾超差。

2） WL-7B自動定向儀接收機定向誤差達90°

從故障現象、圖2以及對內部線路圖的分析得知，環形天線感應的電勢與垂直天線感應的電勢相差的相位差為90°，因此在環放（位于環匹配器內，是WL-7B自動定向儀的一個組成部分）中除了放大功能外還有將信號相位移90°的功能，因此環放信號與垂直天線信號同相或反相，在疊加回路（位于天線放大器內）上，兩信號疊加，在80Hz的一個半周，若兩信號同相則增強，而在80Hz的另一個半周，兩信號則因反相而抵消。因此，輸入到超外差設接收機的信號是一個80Hz矩形調制波，其調制度決定于環放信號及垂直天線信號的相對大小。羅盤接收機與一般的超外差設接收機類似，輸入信號經過二次變頻、放大和檢波后得到低頻信號，經80Hz選頻電路將80Hz信號從檢波的低頻信號中分離出來，經過放大和調制，驅動指示器。但指示器轉到環放信號為0時，電路中僅有垂直天線信號，因而檢波后80Hz信號為0，指示器指針便指出電臺的方位角。

經過串件，排除了環匹配器故障的可能，故障鎖定在接收機內。接收機的同步檢波器是一個鎖相環檢波器，脈沖調制鑒相器比較第二中頻和VCO基準信號的相位。如果兩個信號相位相同，則誤差信號均值為0V，中頻信號由脈沖調制鑒相器的基準方波調制，給VCO提供誤差電壓。如果中頻信號相位移移動，則誤差電壓不是0，此誤差電壓調整VCO信號頻率，使其重新穩定在與中頻信號同相的相位關系上，誤差電壓再次回到OV。中頻信號在被移相90°后，加至振幅鑒相器中。鑒相器N5是一個解調器，包括一個鑒相器和3.6MHz的VCO電路，3.6MHz的第二中頻信號加至N5的第13腳和第14腳，14腳的信號經過衰減和85。的移相，13腳的信號也被移相-5°，這樣13腳和14腳的兩路信號就有90°的相位差。經以上分析得知，故障應是由鑒相器或是移相電容失效所致。檢查移相電容（85°移相器）、C52（-5°移相器），發現C51容量已明顯偏小，更換后故障排除。

3結束語

通過對比振幅式自動定向儀和相位式自動定向儀的基本工作原理，得到排故時的基本分析思路：振幅式應跟蹤定向信號的變化，并注意機械故障;而相位式直接檢查節點即可。由兩類排故過程可知，思路清晰、并采用具體方法將有助于排除故障。

若遇到自動定向儀接收機自動定向速度慢的故障時，應根據羅盤的種類具體分析，例如，對于WL-7型自動定向儀，首先應檢查手動定向是否正常，然后檢查測向組件的固定相、可變相這兩路信號的輸出幅度是否正常，最后再考慮伺服電機、高頻組件、中頻組件等的情況;對于WL-7B型自動定向儀（由于整機是純電子系統，不存在機械調諧等問題），應首先判斷是否所有波段都不正常，若僅僅是個別波段不正常，則重點檢查波段邏輯控制電路和帶通濾波器。

若遇到自動定向儀接收機定向誤差大時，對于WL-7型應首先固定CX-1測向組件轉軸，轉動小刻度盤，感覺及觀察齒輪是否松動，判斷測角器是否正常，然后判斷同步發送器是否正常，最后再考慮伺服電機、統調高頻組件、中頻組件等的情況;對于WL-7B型自動定向儀，則應根據誤差的大小判斷是屬于環匹配器問題還是接收機本身的問題，若是接收機問題，重點檢查鑒相器的兩個移相電容，以提高排故的質量和效率，達到事半功倍的效果。

參考文獻

[1] WL-7型自動定向儀使用說明書[Z].

[2] WL-7B型自動定向儀技術說明書[Z].國營第七六五廠，2003.

[3] ADF-60自動測向儀系統說明書（修理手冊）[Z].Rockwell Collins，1994.

[4]某型飛機無線電設備講義（APK15M無線電自動羅盤）[Z].1995.