某圖像接收機(jī)靈敏度不合格故障分析

■ 鄔冬杰 王璽鋒/國(guó)營(yíng)長(zhǎng)虹機(jī)械廠

0 概述

某型圖像接收機(jī)主要用于解調(diào)圖像信號(hào)、輸出“Связь”通信信號(hào)及天線跟蹤信號(hào)，采用超外差式二級(jí)混頻放大設(shè)計(jì)，利用本機(jī)振蕩和外來(lái)高頻信號(hào)混頻形成固定的中頻信號(hào)，再對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)檢波而取得視頻信號(hào)、通信信號(hào)和跟蹤信號(hào)。

圖像接收機(jī)靈敏度是指接收機(jī)輸出“Связь”通信信號(hào)時(shí)，輸入的最小信號(hào)功率值。當(dāng)圖像接收機(jī)未輸出“Связь”通信信號(hào)時(shí)，說(shuō)明裝備與吊艙未建立通信，二者處于“失聯(lián)”狀態(tài)；當(dāng)圖像接收機(jī)輸出“Связь”通信信號(hào)時(shí)，說(shuō)明裝備與吊艙建立聯(lián)系，此時(shí)飛行員可以接通駕駛室操作面板控制按鈕，通過(guò)吊艙發(fā)射控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備的制導(dǎo)。因此，“Связь”通信信號(hào)是裝備和吊艙能否建立聯(lián)系的關(guān)鍵信號(hào)，反映該信號(hào)狀態(tài)的靈敏度指標(biāo)，是圖像接收機(jī)的一項(xiàng)重要性能。

圖1 圖像接收機(jī)故障顯示

1 故障現(xiàn)象

該圖像接收機(jī)修前性能測(cè)試時(shí)，在ЛТ1、ЛТ2兩個(gè)圖像頻段下出現(xiàn)圖像質(zhì)量合格但靈敏度不合格（無(wú)通信信號(hào)）故障，故障現(xiàn)象如圖1所示。

2 原因分析

圖2 圖像接收機(jī)工作原理框圖

該型圖像接收機(jī)工作原理框圖見(jiàn)圖2，吊艙天線接收到裝備發(fā)射的微波全電視信號(hào)后，經(jīng)波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入圖像接收機(jī)。圖像接收機(jī)收到微波信號(hào)，經(jīng)輸入濾波器進(jìn)行濾波后，送入低噪聲放大電路進(jìn)行20dB信號(hào)的放大處理；放大后的信號(hào)和第一本振信號(hào)在第一級(jí)平衡混頻器進(jìn)行混頻，產(chǎn)生中頻信號(hào)；中頻信號(hào)經(jīng)第一中頻濾波后，與進(jìn)入第二混頻模塊的第二級(jí)本振信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生射頻信號(hào)；射頻信號(hào)再通過(guò)視頻處理模塊進(jìn)行處理后，產(chǎn)生視頻信號(hào)、通信信號(hào)和跟蹤信號(hào)。

依據(jù)工作機(jī)理分析可知，圖像接收機(jī)靈敏度不合格和各組件模塊都有關(guān)聯(lián)，按故障樹(shù)分析方法，以“靈敏度不合格”為頂事件建立故障樹(shù)（見(jiàn)圖3），對(duì)各個(gè)故障分支逐一進(jìn)行排查分析。

2.1 二次電源故障

二次電源主要由電阻、電容、變壓器、二極管、三極管等分立電子元件構(gòu)成，二次電源工作模式為AС轉(zhuǎn)DС，用于將115V/400Hz交流電轉(zhuǎn)換為±12.6V、－9V和1V直流電壓，其中±12.6V用于低噪放功能電路、第一混頻模塊、第二混頻模塊及視頻處理模塊供電，－9V和1V用于第一本振模塊供電。檢測(cè)二次電源的輸出，未發(fā)現(xiàn)故障，具體參數(shù)見(jiàn)表1，由此排除二次電源模塊故障。

圖3 故障樹(shù)

表1 二次電源模塊檢測(cè)情況

2.2 低噪放功能電路故障

低噪放功能電路是圖像接收機(jī)第一級(jí)信號(hào)放大器，如圖4所示，采用波導(dǎo)腔體耿式反射放大器結(jié)構(gòu)，具有20dB高增益、低噪聲的特點(diǎn)。由于其工作在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，容易受到空間電磁信號(hào)的干擾和沖擊而損壞。低噪放功能電路故障也會(huì)導(dǎo)致靈敏度不合格，因此不能排除低噪放功能電路故障的可能。由于低噪放功能電路沒(méi)有預(yù)留輸出檢測(cè)口，需將其分解下來(lái)單獨(dú)進(jìn)行檢測(cè)。合格的低噪放功能電路的增益不小于20dB，駐波比不大于2.1，因此使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)檢測(cè)低噪放功能電路的增益及駐波比，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5，檢測(cè)結(jié)果合格，可排除低噪放電路故障。

圖4 低噪放功能電路

2.3 本振模塊故障

圖像接收機(jī)共有兩級(jí)本振模塊，接收的高頻信號(hào)與本振輸出的信號(hào)進(jìn)行二次混頻后形成射頻信號(hào)，其中第一本振模塊為空腔耿式振蕩器結(jié)構(gòu)，輸出X波段的高頻信號(hào)。第一本振模塊具有兩個(gè)本振源，兩個(gè)本振頻差為50MHz，第二本振模塊輸出700MHz的信號(hào)。使用頻譜分析儀分別檢測(cè)兩級(jí)本振模塊的輸出信號(hào)，本振信號(hào)輸出均合格，未發(fā)現(xiàn)故障，由此可排除本振模塊故障。

2.4 混頻模塊故障

圖像接收機(jī)共有兩級(jí)混頻模塊，接收的高頻信號(hào)與本振輸出的信號(hào)進(jìn)行二次混頻后形成射頻信號(hào)，第一級(jí)混頻模塊采用正交混頻，第二級(jí)混頻模塊采用三極管混頻電路，混頻輸出信號(hào)計(jì)算公式為

其中，vo為輸出信號(hào)，vLO為本振信號(hào)，vRF為射頻信號(hào)。通過(guò)帶通濾波器后，過(guò)濾掉ωRF+ωLO的頻率分量，第一混頻輸出信號(hào)頻率為765±10MHz，第二級(jí)混頻模塊正常輸出信號(hào)頻率為65±10MHz，使用頻譜分析儀分別檢測(cè)兩級(jí)混頻模塊的輸出信號(hào)，未發(fā)現(xiàn)故障，檢測(cè)頻譜圖見(jiàn)圖6、圖7，由此可排除混頻模塊故障。

圖5 低噪放功能電路檢測(cè)結(jié)果

圖6 第一混頻輸出頻譜圖

圖7 第二混頻輸出頻譜圖

圖8 視頻處理模塊功能框圖

2.5 視頻處理模塊故障

視頻處理模塊由4個(gè)小模塊組成，其中2個(gè)模塊完成射頻的放大，1個(gè)模塊完成對(duì)視頻的提取和同步信號(hào)的提取，1個(gè)模塊完成對(duì)視頻信號(hào)末級(jí)放大、跟蹤信號(hào)處理及輸入功率的判別，功能框圖見(jiàn)圖8。

1） 射頻放大電路1故障

射頻放大電路1采用多級(jí)晶體管共基極放大，該電路故障會(huì)導(dǎo)致射頻放大信號(hào)1故障，影響后級(jí)電路正常工作，同時(shí)視頻輸出、通信信號(hào)及跟蹤信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)故障，這與圖像質(zhì)量合格而靈敏度不合格（無(wú)通信信號(hào)）的故障現(xiàn)象不符，可以排除該電路故障的可能。

2） 射頻放大電路2故障

射頻放大電路2采用多級(jí)晶體管共基極放大，該電路有兩級(jí)信號(hào)輸出，電路框圖如圖9所示，射頻放大信號(hào)2是前級(jí)信號(hào)輸出，射頻放大信號(hào)3是后級(jí)信號(hào)輸出，射頻放大信號(hào)2影響通信信號(hào)的狀態(tài)（即靈敏度性能），射頻放大信號(hào)3影響視頻輸出狀態(tài)(即圖像質(zhì)量性能)。故障現(xiàn)象為圖像質(zhì)量合格、靈敏度不合格（無(wú)通信信號(hào)），說(shuō)明射頻放大信號(hào)3正常，該信號(hào)的前級(jí)射頻放大信號(hào)2也應(yīng)合格，因此可以排除該電路故障的可能。

3） 視頻提取電路故障

視頻提取電路只與產(chǎn)品圖像質(zhì)量有關(guān)聯(lián)，不影響靈敏度性能，與故障現(xiàn)象不符，可以排除該電路故障的可能。

4） 末級(jí)處理電路故障

末級(jí)處理電路包括視頻放大電路、功率檢查電路和跟蹤信號(hào)處理電路（圖8所示）。依據(jù)故障現(xiàn)象從產(chǎn)品機(jī)理上進(jìn)行故障剖析，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)射頻放大電路逐級(jí)放大，輸出最終射頻放大信號(hào)3進(jìn)行視頻提取，因接收機(jī)圖像質(zhì)量合格，說(shuō)明射頻信號(hào)放大鏈路無(wú)故障，射頻放大信號(hào)1、2、3都應(yīng)合格，視頻放大電路工作正常。跟蹤信號(hào)處理電路不涉及靈敏度指標(biāo)，不再展開(kāi)排查。

功率檢測(cè)電路如圖10所示，射頻放大信號(hào)2經(jīng)過(guò)二極管D3、電容С15、С16整流濾波生成一負(fù)值的直流電壓，該電壓通過(guò)電位器R19分壓后輸入到三極管V5的基極。當(dāng)圖像接收機(jī)接收到的微波信號(hào)功率值達(dá)到設(shè)置的門(mén)限時(shí)，三極管V5飽和導(dǎo)通，使V5集電極電壓為0V，三極管V6截止，使得電源地經(jīng)過(guò)三極管V7發(fā)射極、R21、R18到-12.6V電源形成飽和驅(qū)動(dòng)電流，使得V7飽和導(dǎo)通，V7集電極電壓為0V，電阻R23、R24作為三極管V8的基極偏置電路，在V8基極與發(fā)射極間形成較大的電流，使得V8飽和導(dǎo)通，V8集電極電壓變?yōu)?12.6V，與V8集電極相連的繼電器線圈由電源地至-12.6V形成驅(qū)動(dòng)電流，使得繼電器K1工作，觸點(diǎn)閉合，+27V電壓通過(guò)閉合的觸點(diǎn)輸出+27V“Связь”通信信號(hào)。若該電路故障，則會(huì)出現(xiàn)無(wú)通信信號(hào)故障，因此，故障原因初步確定為功率檢測(cè)電路故障，導(dǎo)致無(wú)“Связь”通信信號(hào)輸出，致使靈敏度不合格。

圖9 射頻放大電路2的電路框圖

圖10 功率檢測(cè)電路

表2 排故建議

3 故障排除

鎖定故障方向后，進(jìn)一步排查最小故障單元：通過(guò)逆向排查，從通信信號(hào)輸出端向信號(hào)控制端進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量發(fā)現(xiàn)“Связь”通信信號(hào)輸出電壓值為0V，通過(guò)測(cè)量繼電器觸點(diǎn)，繼電器未工作，觸點(diǎn)未閉合，檢測(cè)繼電器線圈兩端電壓值都為0V，繼電器線圈沒(méi)有電流驅(qū)動(dòng)使得繼電器不工作；往前排查，發(fā)現(xiàn)三極管V8三個(gè)管腳電壓分別為基極電壓-11.9V，發(fā)射極電壓-12.6V，集電極電壓0V。從基極與發(fā)射極的電壓上分析，該三極管應(yīng)處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，正常狀態(tài)下集電極電壓應(yīng)為-12.6V，實(shí)際檢測(cè)出的電壓值異常，可確定為V8三極管截止不工作導(dǎo)致故障。將其更換為合格三極管后，圖像接收機(jī)性能合格，故障排除。

4 排故建議

通過(guò)以上排故過(guò)程，基本掌握了該型圖像接收機(jī)的工作機(jī)理。為提高排故效率，對(duì)該產(chǎn)品故障模式進(jìn)行歸納梳理，該型產(chǎn)品排故應(yīng)基于兩個(gè)波段下圖像質(zhì)量、靈敏度、20dB增益控制這三項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果展開(kāi)。根據(jù)故障現(xiàn)象，確定排故方向和重點(diǎn)，給出排故建議（見(jiàn)表2）。