LDB-102型測距儀的一種低效率故障排除方法

劉璨

（重慶機(jī)場集團(tuán)有限公司，重慶 401120）

0 引言

LDB-102型DME的生產(chǎn)廠家是位于澳大利亞的INTERSCAN公司，LDB-102是該公司生產(chǎn)的測距儀第二代產(chǎn)品，建設(shè)時一般安裝在下滑臺，和儀表著陸系統(tǒng)下滑設(shè)備配套合裝。主要功能是通過航空器機(jī)載設(shè)備和地面LDB-102設(shè)備之間信號“問答”進(jìn)行信息互動，機(jī)載設(shè)備詢問信號電磁波和接收到地面設(shè)備應(yīng)答信號電磁波在媒介中的傳遞時間差Δt來確定航班和測距儀安裝固定坐標(biāo)之間的距離[1]。

根據(jù)需求，LDB-102系列DME可在許多標(biāo)準(zhǔn)配置下工作。它既可以在單機(jī)配置下工作，也可以在雙機(jī)配置下工作。無論哪種工作模式，都會配置一個小功率或大功率的功放。應(yīng)答器向功放饋入調(diào)制信號及射頻驅(qū)動，功放輸出功率為1KW或150W。一般情況下，測距儀用于航路提供引導(dǎo)時，配置參考為1000W。當(dāng)用于本場進(jìn)近引導(dǎo)時，功率配置參考為150W。

1 故障現(xiàn)象

某日，部門值班人員監(jiān)測到第一跑道某臺測距儀告警換機(jī)。維護(hù)人員立即進(jìn)場查看設(shè)備，到達(dá)臺站后發(fā)現(xiàn)測距儀CTU面板上efficiency、primary指示燈亮，設(shè)備已跳至TX1工作。告警之前設(shè)備為TX2運行，初步判斷設(shè)備因低效率告警從而觸發(fā)發(fā)射機(jī)切換至TX1工作。

2 故障排查過程

2.1 測距系統(tǒng)工作原理

測距儀系統(tǒng)包含機(jī)載詢問部分與地面應(yīng)答部分。LDB-102型測距儀是地面應(yīng)答部分的一種，采用基于數(shù)字技術(shù)的全固態(tài)電路以減少設(shè)備板件及控制部分，設(shè)備能為在其有效作用距離內(nèi)的航空器提供飛機(jī)至相應(yīng)地面臺站的實時斜距信息。通過相應(yīng)的機(jī)載設(shè)備，航空器上能實時顯示距離信息，系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 測距儀工作原理

2.2 LDB-102低效率故障分析

將機(jī)載詢問器預(yù)置于與所需地面信標(biāo)相對應(yīng)的詢問頻道。詢問器工作于詢問頻道上以120對/秒的重復(fù)率發(fā)射詢問脈沖對（搜索狀態(tài)），地面應(yīng)答器在接收到有效的詢問脈沖對后，引進(jìn)50微秒的系統(tǒng)延時，并發(fā)射相應(yīng)的應(yīng)答脈沖對。機(jī)載詢問器自動計算發(fā)射詢問脈沖與接收應(yīng)答脈沖間的延時，將這一延時減去50微秒的系統(tǒng)延時后得到時間差Δt，從而得出實時跟蹤距離，以海里的方式顯示在航空器的顯示器上。一旦詢問器接收到對自身詢問的應(yīng)答信號，詢問器將鎖定相應(yīng)的應(yīng)答脈沖信號，同時減少其發(fā)射詢問脈沖對的重復(fù)率至30對/秒（跟蹤狀態(tài)）。

臺站DME為雙機(jī)配置，信號流程如圖2所示。CTU面板上efficiency、primary指示燈亮，表示設(shè)備應(yīng)答信號偏少。故應(yīng)該排查接收部分涉及產(chǎn)生應(yīng)答信號的單元，對其模塊功能進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果分析是否正常。

圖2 150W 雙機(jī)DME功能框圖

2.3 故障檢查測試過程

第一步：CTU指示燈及液晶LCD顯示屏正常，CTU模塊工作處于正常狀態(tài)；

第二步：接收機(jī)視頻單元RECEIVER VIDEO 1號機(jī)和2號機(jī)互換后，開機(jī)測試，故障由原來的2號機(jī)efficiency、primary 指示燈亮變?yōu)? 號機(jī)efficiency、primary指示燈亮。說明初步懷疑接收機(jī)視頻單元RECEIVER VIDEO故障;

第三部：發(fā)射機(jī)驅(qū)動單元TRANSMITTER DRIVER的1號機(jī)和2號機(jī)互換后，故障現(xiàn)象仍然保持在2號機(jī)efficiency、primary指示燈亮。說明經(jīng)測試，發(fā)射機(jī)驅(qū)動單元工作正常。

2.4 對接收機(jī)視頻單元進(jìn)行測試排查

接收機(jī)視頻單元提供主要接收功能，包含安裝于背板上的接收機(jī)視頻組件1A72521、射頻源1A72522、射頻濾波器1A72517、中頻功放1A72523、射頻功放1A72524。

來自天線的接收信號通過射頻板和預(yù)選濾波器到達(dá)接收機(jī)。當(dāng)發(fā)射機(jī)通過共用天線發(fā)射信號時，射頻板中的環(huán)流器用于隔離接收機(jī)。諧振預(yù)選器為接收機(jī)送入視頻信號并對信號進(jìn)行初步選擇。

接收機(jī)視頻單元放大和檢測詢問信號，并為發(fā)射機(jī)調(diào)制器產(chǎn)生國際莫爾斯碼識別信號、應(yīng)答信號和填充脈沖信號，提供觸發(fā)脈沖對。本振頻率的連續(xù)波作為發(fā)射機(jī)的驅(qū)動信號。

射頻源同時產(chǎn)生接收機(jī)本振和發(fā)射機(jī)需要的射頻信號。工作在DME第112個發(fā)射頻道頻率的單晶體振蕩器產(chǎn)生一個初始信號，初始信號經(jīng)過緩沖，進(jìn)行三倍頻后得到所需要的信號頻率[2]。

射頻功放，作為寬頻微帶線放大系統(tǒng)，放大天線接收的低幅值信號，同時放大本振信號，將本振信號分成幅值均為+11dBm的兩路信號。其中，一路作為本振饋入接收機(jī)混合器的信號，另一路饋入發(fā)射機(jī)驅(qū)動作為激勵信號。混合器利用雙平衡二極管混合電路產(chǎn)生一個63MHz的中頻信號。

通過原理分析，逐個單元進(jìn)行排查，排查如下：

第一步：將1 號機(jī)和2 號機(jī)接收機(jī)視頻組件1A72521、射頻源1A72522、射頻濾波器1A72517、射頻功放1A72524 互換后，故障現(xiàn)象仍然保持在2號機(jī)efficiency、primary指示，說明這幾個模塊工作正常；

第二步：將1號機(jī)和2號機(jī)中頻功放1A72523互換，故障現(xiàn)象發(fā)生交換，說明2號機(jī)中頻功放模塊已壞。測量XT7點的電壓，為4.5V，由于標(biāo)準(zhǔn)值為3.0±0.1V，所以進(jìn)一步確認(rèn)板子故障。

中頻放大板由雙門場效應(yīng)管放大器組成，通過引入一個直流偏置電壓控制場效應(yīng)管的放大級來控制增益。這一可控的直流偏置用于降低應(yīng)答，當(dāng)信標(biāo)過載時減小應(yīng)答機(jī)的靈敏度。經(jīng)解調(diào)的對數(shù)放大器視頻輸出為寬頻帶寬，且不排斥鄰近頻道。根據(jù)設(shè)備中頻功放電路及設(shè)備特性[2]，進(jìn)行如下測試和配置。

第三步：把2號機(jī)壞的中頻功放模塊拆下來更換上備件，并對備件進(jìn)行配置及測試[3-4]。

（1）頻率計連接至視頻通道接口，將頻率計時間基準(zhǔn)設(shè)為1秒，然后在發(fā)射機(jī)上進(jìn)行下列操作：測試詢問器：MONITOR AND INTERROGATOR DC POWER打到OFF，發(fā)射機(jī)驅(qū)動器DRIVER DC POWER打到OFF，發(fā)射機(jī)應(yīng)答器電源供電，TRANSPONDER DC POWER打到ON，測試視頻脈沖計數(shù)為80個/秒（標(biāo)準(zhǔn)門限為20-200個/秒）；

（2）初步調(diào)整，測量中頻放大器上測試點XT7值為2.98V（門限為3.0±0.1，若電壓在此范圍之外，則指示中頻放大器有錯誤）；XT13值為5.95V（門限為6.0±0.1，可通過調(diào)整AGC預(yù)設(shè)R15以使電壓在此范圍內(nèi)）。其他測試點XT1為5.3V（門限為5.0±0.1），調(diào)整R50設(shè)置；測量XT6為3.9V（門限為4.0±0.4，可調(diào)整R29）；

（3）按順時針方向?qū)ET GAIN（R29）旋轉(zhuǎn)到底；

（4）前置放大器調(diào)諧：a.用示波器監(jiān)測前面板上插孔“DETECTED LOG VIDEO”信號。將示波器時間基準(zhǔn)設(shè)置為5秒/格，從測試詢問器的觸發(fā)孔輸入外部觸發(fā)，設(shè)置敏感度為0.5伏/格；b.在CTU上，用1kHz測試詢問頻率，在維護(hù)模式下，選擇Lo Eff測量；c.在中頻放大器上，仔細(xì)調(diào)整電感L7和L5使得信號振幅達(dá)到峰值；

（5）本地振蕩器調(diào)諧：a.用示波器接中頻放大器上測試點XT8 (LO)，顯示設(shè)置為直流電平，用直流電平進(jìn)行測試；b.將L4調(diào)諧磁芯調(diào)整到線圈中，使得磁芯頂部向下調(diào)整2-3圈。用數(shù)字萬用表測量XT8直流電壓，標(biāo)準(zhǔn)門限為0.7-0.76V；c.逆時針旋轉(zhuǎn)L4磁芯，直到電壓達(dá)到0.9-1.2V，記錄磁芯位置。繼續(xù)朝逆時針方向調(diào)整磁芯，直至達(dá)到電壓峰值或2.0V，磁芯保持在當(dāng)前位置。檢查磁芯已旋轉(zhuǎn)位置超過之前電壓跳變時位置一圈半。必須通過磁芯位置初始化調(diào)整進(jìn)行調(diào)諧，不超過XT8的電壓，否則可能會產(chǎn)生諧波震蕩；d.檢查XT8的最終電壓是位于1.2-2.1V；e.開關(guān)電源至少三次，并檢查XT8電壓每次都返回相同的值；

（6）窄帶檢測器調(diào)諧：a.將示波器器靈敏度設(shè)置為1V/格，用示波器觀察中頻放大器上測試點XT6的信號；b.調(diào)整電感L3和L6使得脈沖達(dá)到高于噪聲基準(zhǔn)線的峰值，重復(fù)調(diào)整直到不能進(jìn)一步增加，記錄脈沖振幅的峰值作為參考，XT6峰值為5V；c.從機(jī)柜中拔出測試詢問器，將開關(guān)S1:1設(shè)為OFF（F0頻率），并將 S1:2 設(shè)置為ON以選擇+160千赫頻率；d.將測試詢問器恢復(fù)至機(jī)柜中，重新測試中頻放大器上XT6的幅度,記錄XT6峰值為4.86V；e.再次拔出測試詢問器，將開關(guān)S1:2設(shè)置為OFF，并且將S1:3設(shè)置為ON，選擇-160千赫頻率。將測試詢問器恢復(fù)至機(jī)柜中；f.重新測試中頻放大器上XT6的幅度為4.86V；g.比較步驟b、d和f中記錄的脈沖幅度，標(biāo)準(zhǔn)要求振幅的差異不超過0.2V（如果變化超過這一數(shù)額，有必要重復(fù)調(diào)整電感L3和L5使得±160Hz對應(yīng)的脈沖輸出幅度是相等的）；h.拔出測試詢問器，將開關(guān)S1:1設(shè)置為ON，并將S1剩余的所有開關(guān)設(shè)置為OFF；

（7）設(shè)備關(guān)機(jī)，斷電。再開機(jī)，測試點電壓檢測如下表1所示，測距儀1號機(jī)和2號機(jī)運行正常，故障排除。

表1 測試點電壓值統(tǒng)計表

3 設(shè)備開放使用

按照民航維護(hù)規(guī)程規(guī)范要求，導(dǎo)航設(shè)備更換了功放、天線等主要板件后，需要進(jìn)行飛行校對驗證[5-7]，經(jīng)校驗飛機(jī)測試后進(jìn)一步確認(rèn)設(shè)備信號合格。接下來，需進(jìn)行設(shè)備開放申請，相關(guān)單位批復(fù)同意后設(shè)備可開放使用。

4 結(jié)論

LDB-102型測距儀低效率告警引起設(shè)備切換機(jī)，日常設(shè)備運行時很少發(fā)生此種故障。在故障排查時，采用設(shè)備板件功能結(jié)構(gòu)框圖作為設(shè)備故障分析的重要依據(jù)。根據(jù)功能模塊逐個分析，初步確定故障單元，再查閱單元的電路圖，對圖中的點位進(jìn)行測試，并進(jìn)行參數(shù)配置，最終設(shè)備恢復(fù)正常運行。目前，LDB-102型測距儀在全國民用機(jī)場應(yīng)用較廣，此故障維修過程可供相關(guān)機(jī)場作為維修案例借鑒參考。