一起非典型DVOR邊帶天線故障現象分析與處理

中國民用航空珠海進近管制中心導航動力室 郭 威

多普勒全向信標系統是被國際民航組織批準為國際標準的無線電導航設備，目前廣泛應用于民用航空和通用航空領域，是一種高精度陸基近程測角系統。本文通過對臺站所使用的VRB-52D型DVOR設備在運行中出現的一起非典型邊帶天線故障現象進行分析處理，為邊帶天線系統故障排除提供一些參考。

1 設備概述及原理

九洲導航臺是航路DVOR-DME合裝臺站，所用設備為澳大利亞AWA公司（已被西班牙Indra公司收購）生產的DVOR VRB-52D系統。設備配置為主備雙機系統，兩臺機共用一套天線系統，每臺機分別包括發射機模塊、監控器模塊、電源模塊。

發射機模塊包括載波通道和邊帶通道兩個部分。在載波通道中機內產生的30HZ信號直接對載頻fo進行調幅得到基準相位30HZ信號，經載波天線輻射出去，該信號各個方位上相位不變。在邊帶通道中機內產生fo+9960HZ和fo-9960HZ兩個頻率，分別由位置相差180°的邊帶天線輻射出去，經空間調制及邊帶天線模擬旋轉產生多普勒頻移，在空間接收點得到一個調頻調幅波，即30HZ（天線模擬旋轉頻率）信號對9960HZ調頻，再對載波調幅，該信號經解調所得到的30HZ信號在各個方位上相位不同，稱其為30HZ可變相位信號。機載設備通過比較30HZ基準相位信號和30HZ的可變相位信號來實現定向。

監控器模塊接收來自監視天線的復合信號，通過解調濾波等對各個參數進行監測。監視天線接收中央天線和邊帶天線的空間輻射波，再一分二分別輸出信號至兩臺機的監控器模塊。

邊帶通道簡易信號流程如圖1所示，其中雙機系統通過RLU組件及其上的假負載、奇偶天線分配開關共用一套發射天線，SMA、SCU、ASD分別為各自機框中的板件。

圖1 邊帶通道信號簡略流程

2 故障現象及分析排查

九洲導航臺月初執行切換2#DVOR時切換失敗，2#機開機監控器模塊顯示“ANTENNA(NOTCH)”和“PRIMARY”告警。1#DVOR發射機接天線時，本機監控面板上無告警，CTU讀取各個參數數據正常，但此時2#機的MBD面板顯示“ANTENNA(NOTCH)”告警。

首先分析副載波缺口告警產生的原理。副載波監視器MSC接收MRF送來的信號，通過濾波解調恢復出30HZFM信號、30HZAM信號及調頻副載波，這些信號經過整流濾波后變成相應的直流信號，然后和預置的門限電平分別進行比較。如果這些直流信號不在預置門限所在范圍之內，就會產生告警。當天線損壞導致一對邊帶天線信號缺失，那么空間輻射場的副載波將在一段時間內出現空白，這就是副載波缺口。

常見的缺口告警故障一般是由邊帶天線故障引起的雙機同時產生“ANTENNA(NOTCH)”告警，缺口導致飛機無法獲得相對DVOR信標的準確方位，從而雙機告警停機。本臺站告警現象顯然不同于常見的雙機缺口告警故障，無法僅憑借設備狀態準確判斷是單機故障亦或是雙機故障還是監控器板件老化產生告警門限漂移。使用示波器分別測量雙機復合波形和MSC板9960HZ濾波波形，發現1#DVOR復合波和副載波無明顯缺口，副載波幅度最小值540mV（告警值500mV），2#機復合波和副載波濾波有短時間明顯缺口，如圖2所示。由此分析得知，2#機存在副載波缺口告警，且MSC板件的缺口告警門限略有漂移。更換MSC備件后，1#機工作時，2#機監控模塊缺口告警消失。此時初步判定為設備單機故障。

圖2 2#DVOR缺口復合波波形

圖3 1#DVOR副載波缺口波形

由于是單機邊帶通道副載波故障，故著重排查單機邊帶信號發射的非共用部分組件，主要包括SGN、SMA、SCU、ASD組件。SGN組件主要用于邊帶上下邊帶信號的產生，如果此部分故障，就不會形成副載波，不只是僅僅產生一個缺口，因此排除該組件。SMA組件主要對SGN產生的邊帶信號進行放大，然后接收TSD組件的混合函數對放大了的上下邊帶進行調幅，同樣，也不可能該組件出現故障。SCU按一定的周期交替地將SMA產生的上、下邊帶信號切換到奇偶天線分配開關，如果此部分故障，將會產生一段時間的缺口，而不只是短時間缺口。天線開關驅動ASD組件產生持續時間1／720s的驅動信號，該驅動使天線分配開關ADS相應兩個開關接通，此時一對圓心對稱的邊帶天線被選通輻射信號。故ASD板件以及其與ADS連接的電纜出現故障的概率較大。示波器測量ASD板件輸出的方波信號，均無異常，更換ASD備件，故障依舊存在。用萬用表測連接電纜，亦無斷點。

隨著排障的逐步進行，1#DVOR也突然出現了缺口告警，測量其9960HZ副載波波形，有了明顯的缺口，如圖3所示。分析此時基本可以確定為雙機副載波缺口告警，故障部位應為雙機公共部分。邊帶發射通道的公共部分主要包括RLU繼電器組件、ADS邊帶切換開關、連接電纜及邊帶天線。

3 故障定位

確定了故障是由雙機公共部分故障引起的短時缺口告警，需要定位具體的故障點。由于前期DVOR一號機缺口故障現象不明顯，且與DVOR二號機告警現象不一致，我們錯誤的懷疑RLU繼電器切換組件異常，并對其進行了更換。后期再次測量兩臺機的復合波信號，一號機缺口清晰，與二號機故障現象一致，缺口現象符合單根天線故障現象，于是我們決定對邊帶天線逐個進行測試。首先TSD板塊天線測試模式發現3號天線對輻射信號幅度遠低于正常值。初步判斷出三號天線對通道異常，但此時仍然無法判斷具體是3號或者27號天線通路故障。將設備打到告警抑制狀態，關閉30HZAM信號和1020HZ識別碼信號，使用數字示波器，一個通道測量MRF板COMP VOR孔，另一個通道接奇ASD板3號天線孔，測量顯示3號孔信號脈沖和副載波信號缺口重合，進一步驗證3號天線對通道故障。確定3#、27#天線對通路故障后，抽出CGD板、兩塊SMA板、SGN板，用網分儀S11（射頻信號1#口收1#口發，中心頻率設臺站頻率，帶寬10MHz）模式，連接至SCU后面上邊帶奇通路，接口在上邊帶SMA ODD至SCU XFC口T型連接頭至odd 線連接處。通過TSD板天線測試模式，單根天線選通，最后確認27#號天線匹配值異常為-2dB，而正常值是-20dB～-50dB之間。

為進一步確認故障點，在ADS上將27#與25#天線饋線接口位置對調，發現故障現象變為25#通路，故故障點應在27#天線或饋線故障。查看27#饋線ADS斷連接頭及同軸電纜外觀均無斷裂。前往天線平臺檢查27#天線，拆下天線罩，發現天線焊點緊固，無脫焊也無明顯氧化現象，拆開底座發現饋線與天線連接處接頭螺紋完全松脫，重新緊固后測量副載波信號和復合波信號均恢復正常，缺口告警消失。

4 總結

此次九洲導航臺DVOR非常見的副載波缺口故障現象主要是由于設備告警門限漂移以及饋線線纜接觸不良引起，迷惑性強，使故障排查難度增大。設備故障中兩臺機的監控系統由于門限不一致導致告警現象不同，以及電纜接觸不良導致的一號機缺口不明顯，在初期將我們的排障思路局限在了監控系統故障以及單機缺口告警，導致在排障過程中走了不少彎路。通過這次故障排查也獲得了一些設備維護經驗：首先要重視維護時對告警門限的驗證，對各個測試孔的信號特征熟練掌握；其次排查設備故障時要根據設備故障現象結合設備近期的運行環境，依據經驗對故障概率較大的部件首先進行驗證。沿海地區導航臺站注意防臺風及天線保護，對天線進行定期檢查；最后要熟練運用設備測試開關及各種儀器儀表，提高排障效率。