INDRA 52D型全向信標邊帶系統調整方法探究

袁昆?劉錦瑞

摘要：全向信標是現代民航陸基導航設備的重要組成部分。本文以INDRA 52D型全向信標為例，對其邊帶系統中的邊帶產生器和邊帶調制與放大器組件的功能、內部組成、部分電路進行了簡要分析，并對更換其內部子組件后的整體調整方法進行了介紹。

關鍵詞：DVOR；SGN；SMA；調整

一、引言

INDRA 52D型全向信標設備內部使用了大量的可調元器件以達到對其功能電路的控制。由于每個信標臺因安裝、頻率等因素的影響，設備投產后的運行參數也不相同。這就使得后期如發生設備故障使用備件更換后，部分組件就需要根據設備現場實際運行要求進行調整，以便設備維修前后，主要運行參數不發生變化。本文對全向信標中邊帶系統的兩個重要組件邊帶產生器和邊帶調制與放大器組件進行分析并對現場更換備件后的調整方法進行介紹。

二、邊帶系統組件簡介

全向信標邊帶系統主要作用是產生上、下邊帶信號，反饋至邊帶天線輻射，從而產生30Hz可變相位信號。邊帶系統主要由：邊帶產生器、邊帶調制與放大器及后續的邊帶交換、開關等單元組成，其中邊帶信號主要由前兩個組件形成，需要重點關注的也是這兩個組件。

（一）邊帶產生器簡介

邊帶產生器（SGN）中的上、下邊帶信號由兩個壓控晶體振蕩器產生，頻率由兩個可變電容二極管控制。振蕩器的壓控電壓從兩個相位控制電路通過與9960Hz信號的相位比較得到。這個電路的第一步是從主時鐘振蕩器得到9960Hz副載波，第二步是將上、下邊帶信號與載波采樣信號混頻得到混頻信號。為了能使邊帶與載波有正確的相位關系，相位延時電路可以在一個較寬的范圍內對9960Hz的相位進行調整。最終，將邊帶信號的相位鎖定于載波。邊帶產生器主要由上、下邊帶振蕩器、相位檢測板、SGN主板組成[1]。

（二）邊帶調制與放大器簡介

邊帶調制與放大組件（SMA）主要是將SGN中壓控晶體振蕩器送來的邊帶信號放大至5W左右，再使用正弦形狀的混合函數進行調制，最后用于驅動天線射頻開關。SMA主要由驅動放大器、隔離器、低通濾波器、邊帶耦合器、邊帶調制器和電平控制板組成[1]。

三、電路分析

（一）SGN主板電路分析

SGN主板控制著兩個邊帶與載波的相位關系。當設備開機后，確保這些信號能快速地鎖定至所需相位。板內包含9960Hz產生器、數字相位轉換器、相位檢測器和邊帶電平控制電路。

來自TSD模塊的主時鐘3.1104MHz信號，通過XMA：2接入SGN。在D2：4緩沖后加載于二分頻器D1：1。輸出信號分為兩路，一路經三個延時門D2：2、D2：6和D2：15至精調相位調整寄存器D6和D8，作為其時鐘頻率。另一路輸出至三分頻器D3，D3：12輸出信號至粗調相位調整寄存器D5和D7，及六分頻器D4。D4輸出信號在D1中2分頻，得到9960Hz邊帶參考信號。

上邊帶延時D5、D6由前面板開關S2和S3控制，并貼有COARSE和FINE標簽。COARSE提供30度/步的延時，FINE提供2.3度/步的延時。下邊帶延時由板內的預設二進制開關S1控制，當邊帶相位開關S4處于TEST位置時，才能對其進行調整。實際上，下邊帶相位延時通常都為180°。

因上下邊帶電路除了元件參數運行不同外，其他都是相同的，所以下文僅對USB電路進行描述。

在鎖相環部分，放大器N1提供兩個由V1控制的增益電平。在搜尋階段，V1被切斷并且N1作為單位增益電壓跟隨器使用，但是當頻率鎖定后，V1正偏并且V1變為4的增益，在鎖相情況下，提供增加環路增益。

當頻率和相位鎖定于采樣信號后，鎖相環將輸出0V。當頻率鎖定，但相位不鎖定時，采樣脈沖將不出現在零點，而是在正弦波的其他點。這種情況將從采樣信號和保持檢測器產生一個直流電壓，這個電壓引發VCO改變，從而鎖相。當鎖相環失鎖，三角波產生器被激活（N4和V4-V8）并且UNLOCK指示燈亮。失鎖情況將引發N3：1產生一個交流信號，N3：1由V11檢測。N4A：1的輸出激活三角波產生器。當進入搜索模式后，N3：7作為積分器控制三角波的變化率。N4：7和V4-V7控制積分器N3：7的電壓在+12至-12之間變化。

N41為邊帶功率和平衡預設調整提供一個參考電壓。當S5和S6處于ON位置時，邊帶平衡調整電壓緩沖于N40并加載至TSD和SMA模塊。

（二）SMA電平控制板電路分析

電平控制板為整個組件的控制核心，包含奇數和偶數邊帶調制與放大器的包絡檢波電路、奇數和偶數反向功率告警電路以及射頻電平反饋電路。邊帶調制與放大器的包絡檢波電路圖中，二極管V2（V3）為調制器中的ODD（EVEN）正向功率檢測器二極管V4（V5）提供溫度補償。電壓跟隨器N1：1（N1：7）輸出信號送至比較器N2（N3）。比較器輸入端接反饋信號和ODD（EVEN）調制驅動（來自混合函數產生器），輸出得到的差分信號被用于驅動調制器中的PIN二極管。電壓跟隨器N4用于混合函數信號至測試信號（前面板）的輸出緩沖。此電路中，還有一個可調電阻RV1（FWD DET BAL），用于將輸出的兩個邊帶峰值調至相等。

射頻電平反饋電路中，電壓跟隨器N8接收定向耦合器中峰值檢測器的輸出信號，為測試單元提供緩沖輸出。放大器N7接收峰值檢波器V3（位于邊帶調制器的輸入端）的信號，與邊帶電平參考（由GATE BIAS設置）進行比較。其輸出通過放大器V12和V13后，用于驅動放大器。放大器V15和V16為驅動放大器的集電極提供一個固定的電壓。晶體管V11和V14為驅動放大器提供峰值電流限制，以保護驅動放大器。與V22、V17、V18和V19相連的N9：7提供一個補償偏置電壓給驅動放大器。比較器N9：1為保護電路，當從驅動放大器檢測到一個過大的輸出電平時，將移除驅動放大器偏置電壓，從而起到保護的作用。

反向功率告警電路中，N5、N6A、D2和D3用于與第二塊SMA模塊相連，組成一個復合的告警系統。這些電路檢測邊帶系統中的反向功率的電平并且由D1產生告警信號。如果一個天線信號失效，那么D1：6產生一個告警信號。如果直徑線上的一對天線失效，那么D1：10產生一個告警。告警電路的輸出送至D2和D3。反饋回路由V5、V6與N5為調制器中的ODD和EVEN反向功率檢測器V6和V7提供補償。其輸出直接連接反向功率告警電路比較器N6。

四、調整方法

（一）邊帶測試器的調整

當使用現場對SGN（1A71146）主板進行更換后，需要對DC補償進行調整，具體調整方法如下：①設備關機狀態下，使用33路延伸電纜從機柜背面連接SGN主板。不要連接背面的同軸電纜。②在SGN上，關閉USB和LSB。③在CMP上，關閉CARRIER和30Hz。④開機。⑤使用數字萬用表測量SGN主板上的X2電壓。如果需要，調整RV1，使得電壓為0至-5mV。⑥測量X32的電壓，如果需要，調整RV31，使得電壓為0至-5mV。⑦關機。⑧移除延伸線并將SGN重新插回機柜。

（二）邊帶調制與放大器的調整

1.調整前設置

①關機狀態下，移除SMA，將其放在機柜背面的支架上，使用延伸線連接SMA和機柜并且連接SMA上的電纜。

②在CTU上，設置MOINTOR ALARM為INHIBIT。在CMP上，設置CARRIER POWER為OFF。在TSD上，設置兩個TEST開關為NORM。在SGN上，設置SIDEBAND PHASE為NORM，PHASE REF為TEST并且兩個SIDEBAND TEST開關為OFF。

③如果驅動放大器（1A71157）或電平控制板（1A71163）被替換過，那么將電平控制板上的GATE BIAS（RV6）逆時針旋轉至底，O/P LIMIT（RV5）為順時針旋轉至底。

④按照需求（需測試的模塊為SMAU或SMAL），將SGN上的SIDEBAND TEST開關置于NORM（USB或LSB），打開邊帶。

⑤最后，開始具體板內子組件的調整時，最好在“維護模式”下開啟設備。

2.偏置電壓調整

①斷開SMA組件XFD口上的電纜，目的是移除至SMA的驅動輸入。

②開機并打開所需邊帶。

③通過測量SMA電平控制板上的X12和X13之間的直流電壓，可計算出驅動放大器第一級驅動的電流。電流的計算方式為：

電流（A）=2×電壓（X12與X13之間）

④例如：150mV對應300mA。

⑤調整GATE BIAS（RV6），使電流等于標記于驅動放大器赫茲的數值。電流允許的范圍為250至400mA。

⑥關機并重新連接SMA上的XFD。

3.輸出門限調整

①斷開調制器（1A71159）上的XFA連接電纜，將功率計（25W）和12W 射頻負載連接至調制器的輸出端。

②將電平控制板上的開關S1設置為TEST。

③開機并打開所需的邊帶。此時，功率計上應顯示有7W的功率（由SGN上的控制電壓決定）。

④而后將電平控制板上的開關S1設置為NORM，功率應超過14W。通過調整O/P LIMIT（RV5），使得功率減小至13W。這個過程不要維持超過10秒，否則12W射頻負載將過熱。

⑤關機，移除功率計等。重新連接邊帶調制器，保留開關S1為NORM位置。

4.射頻驅動調整

①連接功率計（5W）和12W射頻負載至邊帶調制器（1A71159）的XFB端，XFC正常連接。

②檢查電平控制板上的TEST開關S1為NORM位置。

③在TSD上，選擇BLENDING FUNCTION TEST為ODD MAX。

④開機并打開所需邊帶。

⑤測量SGN上CONT VOLTS測試孔的電壓（與正在測試的SMA相對應的邊帶）。記錄這個值，以便隨后能夠通過調整S/B POWER返回這個正常設置的值。

⑥調整SGN上的S/B POWER控件，使得功率的讀數為5W。逆時針調整SMA上電平控制板的RF DRIVE（RV4），直到功率計上的功率開始下降。而后，順時針調整RV4，直到使得功率停止增加這個點為止。如果需要，調整SGN上的S/B POWER重置功率為5W。

⑦在TSD上，設置BLEDNING FUNCITON TEST為NORM。示波器連接至SMA前面板上的DETECTED O/P，ODD測試孔。顯示被調制邊帶的波形。

⑧逆時針調整RF DRIVE（RV4），使得被檢測到的波形上剛剛出現削頂的情況。

⑨測量電平控制板上的R55的電壓（測量點為靠近RV4的一端），其值應大約為4.4V。順時針調整RF DRIVE（RV4），直達電壓增加0.85V。這時射頻驅動就調整好了。

⑩如果還要進行下一步驟的調整，那么保留S/B POWER的調整，否則，恢復S/B POWER為原來的值（之前進行過記錄）。關機，移除功率計等并恢復連接。

5.平衡檢測器

①連接功率計（5W）和12W射頻負載至邊帶調制器（1A71159）的XFB端，XFC正常連接。

②按上節射頻驅動調整的②至⑥所述，調整ODD MAX功率輸出為5W。精確測量XFB端的功率。

③關閉邊帶，轉換功率計和負載至SMA的XFC并且恢復XFB的連接。

④打開邊帶并選擇EVEN MAX。

⑤調整SMA電平控制板上的FWD DET BAL預設R1，使功率計的讀數與②中所測得的數值一樣。

⑥如果還要進行下一節的調整，那么保留S/B POWER的調整，否則，恢復S/B POWER為原來的設置（之前進行過記錄）。關機，移除功率計等并恢復連接。

6.反射告警調整

①連接功率計（5W）和12W射頻負載至邊帶調制器（1A71159）的XFB端，XFC正常連接。

②按上節射頻驅動調整的②至⑥所述，調整ODD MAX功率輸出為5W。精確測量XFB端的功率。

③關閉邊帶并斷開功率計。

④使用BNC三通連接至XFB，重新連接功率計和負載，三通另一側接一個50歐12W負載。此時，兩個50歐負載并聯，導致負載變為25歐，XFB處的VSWR為2：1。

⑤打開邊帶。示波器的一個通道連接至DETECTED O/P ODD測試孔，另一個通道連接至XMA：21（SMA的背面）。在TSD上，設置BLENDING FUNCTION為NORM。

⑥調整REV PWR THRESH（RV3），直到隨檢測包絡波形的峰值點同步有一個脈沖出現在XMA：21上，脈沖寬度為0.2至0.3毫秒。

⑦關閉邊帶，轉換25歐負載至XFC。XFB恢復連接。

⑧打開邊帶。示波器兩個通道分別連接至DETECTED O/P EVEN測試孔和XMA：23。調整REV DET BAL（RV2），使得XMA：23出現的脈沖寬為0.2至0.3毫秒。

⑨恢復S/B POWER功率值。

⑩關機，斷開測量設備，將SMA插入機柜。重新開機，信標正常運行。

五、結束語

邊帶系統是全向信標的重要組成部件，當SGN和SMA組件內的有更換新的子組件的情況后，都需現場對其進行檢查，確保所有控制電壓都為合適的值或在合適的范圍內。此外，應特別注意新的邊帶輸出功率應確保與更換前的功率值基本一致，這樣才能確保全向信標的副載波調制度等關鍵參數不發生改變，有條件的情況下，可使用外場測試儀來對輻射信號進行檢測，判斷其是否和校飛通過的數據一致，以確保設備的正常使用。

作者單位：袁昆 劉錦瑞 民航云南空管分局

參? 考? 文? 獻

[1]鄭連興，倪育德.多普勒全向信標DVOR VRB-51D[M].中國民航出版社，1996.

袁昆（1985.11-），男，漢族，云南昆明，大學本科，工程師，研究方向：民航導航設備維護維修；

劉錦瑞（1989.10-），男，漢族，云南玉溪，大學本科，工程師，研究方向：民航導航設備維護維修。