一起非典型DVOR边带天线故障现象分析与处理

中国民用航空珠海进近管制中心导航动力室 郭 威

多普勒全向信标系统是被国际民航组织批准为国际标准的无线电导航设备，目前广泛应用于民用航空和通用航空领域，是一种高精度陆基近程测角系统。本文通过对台站所使用的VRB-52D型DVOR设备在运行中出现的一起非典型边带天线故障现象进行分析处理，为边带天线系统故障排除提供一些参考。

1 设备概述及原理

九洲导航台是航路DVOR-DME合装台站，所用设备为澳大利亚AWA公司（已被西班牙Indra公司收购）生产的DVOR VRB-52D系统。设备配置为主备双机系统，两台机共用一套天线系统，每台机分别包括发射机模块、监控器模块、电源模块。

发射机模块包括载波通道和边带通道两个部分。在载波通道中机内产生的30HZ信号直接对载频fo进行调幅得到基准相位30HZ信号，经载波天线辐射出去，该信号各个方位上相位不变。在边带通道中机内产生fo+9960HZ和fo-9960HZ两个频率，分别由位置相差180°的边带天线辐射出去，经空间调制及边带天线模拟旋转产生多普勒频移，在空间接收点得到一个调频调幅波，即30HZ（天线模拟旋转频率）信号对9960HZ调频，再对载波调幅，该信号经解调所得到的30HZ信号在各个方位上相位不同，称其为30HZ可变相位信号。机载设备通过比较30HZ基准相位信号和30HZ的可变相位信号来实现定向。

监控器模块接收来自监视天线的复合信号，通过解调滤波等对各个参数进行监测。监视天线接收中央天线和边带天线的空间辐射波，再一分二分别输出信号至两台机的监控器模块。

边带通道简易信号流程如图1所示，其中双机系统通过RLU组件及其上的假负载、奇偶天线分配开关共用一套发射天线，SMA、SCU、ASD分别为各自机框中的板件。

图1 边带通道信号简略流程

2 故障现象及分析排查

九洲导航台月初执行切换2#DVOR时切换失败，2#机开机监控器模块显示“ANTENNA(NOTCH)”和“PRIMARY”告警。1#DVOR发射机接天线时，本机监控面板上无告警，CTU读取各个参数数据正常，但此时2#机的MBD面板显示“ANTENNA(NOTCH)”告警。

首先分析副载波缺口告警产生的原理。副载波监视器MSC接收MRF送来的信号，通过滤波解调恢复出30HZFM信号、30HZAM信号及调频副载波，这些信号经过整流滤波后变成相应的直流信号，然后和预置的门限电平分别进行比较。如果这些直流信号不在预置门限所在范围之内，就会产生告警。当天线损坏导致一对边带天线信号缺失，那么空间辐射场的副载波将在一段时间内出现空白，这就是副载波缺口。

常见的缺口告警故障一般是由边带天线故障引起的双机同时产生“ANTENNA(NOTCH)”告警，缺口导致飞机无法获得相对DVOR信标的准确方位，从而双机告警停机。本台站告警现象显然不同于常见的双机缺口告警故障，无法仅凭借设备状态准确判断是单机故障亦或是双机故障还是监控器板件老化产生告警门限漂移。使用示波器分别测量双机复合波形和MSC板9960HZ滤波波形，发现1#DVOR复合波和副载波无明显缺口，副载波幅度最小值540mV（告警值500mV），2#机复合波和副载波滤波有短时间明显缺口，如图2所示。由此分析得知，2#机存在副载波缺口告警，且MSC板件的缺口告警门限略有漂移。更换MSC备件后，1#机工作时，2#机监控模块缺口告警消失。此时初步判定为设备单机故障。

图2 2#DVOR缺口复合波波形

图3 1#DVOR副载波缺口波形

由于是单机边带通道副载波故障，故着重排查单机边带信号发射的非共用部分组件，主要包括SGN、SMA、SCU、ASD组件。SGN组件主要用于边带上下边带信号的产生，如果此部分故障，就不会形成副载波，不只是仅仅产生一个缺口，因此排除该组件。SMA组件主要对SGN产生的边带信号进行放大，然后接收TSD组件的混合函数对放大了的上下边带进行调幅，同样，也不可能该组件出现故障。SCU按一定的周期交替地将SMA产生的上、下边带信号切换到奇偶天线分配开关，如果此部分故障，将会产生一段时间的缺口，而不只是短时间缺口。天线开关驱动ASD组件产生持续时间1／720s的驱动信号，该驱动使天线分配开关ADS相应两个开关接通，此时一对圆心对称的边带天线被选通辐射信号。故ASD板件以及其与ADS连接的电缆出现故障的概率较大。示波器测量ASD板件输出的方波信号，均无异常，更换ASD备件，故障依旧存在。用万用表测连接电缆，亦无断点。

随着排障的逐步进行，1#DVOR也突然出现了缺口告警，测量其9960HZ副载波波形，有了明显的缺口，如图3所示。分析此时基本可以确定为双机副载波缺口告警，故障部位应为双机公共部分。边带发射通道的公共部分主要包括RLU继电器组件、ADS边带切换开关、连接电缆及边带天线。

3 故障定位

确定了故障是由双机公共部分故障引起的短时缺口告警，需要定位具体的故障点。由于前期DVOR一号机缺口故障现象不明显，且与DVOR二号机告警现象不一致，我们错误的怀疑RLU继电器切换组件异常，并对其进行了更换。后期再次测量两台机的复合波信号，一号机缺口清晰，与二号机故障现象一致，缺口现象符合单根天线故障现象，于是我们决定对边带天线逐个进行测试。首先TSD板块天线测试模式发现3号天线对辐射信号幅度远低于正常值。初步判断出三号天线对通道异常，但此时仍然无法判断具体是3号或者27号天线通路故障。将设备打到告警抑制状态，关闭30HZAM信号和1020HZ识别码信号，使用数字示波器，一个通道测量MRF板COMP VOR孔，另一个通道接奇ASD板3号天线孔，测量显示3号孔信号脉冲和副载波信号缺口重合，进一步验证3号天线对通道故障。确定3#、27#天线对通路故障后，抽出CGD板、两块SMA板、SGN板，用网分仪S11（射频信号1#口收1#口发，中心频率设台站频率，带宽10MHz）模式，连接至SCU后面上边带奇通路，接口在上边带SMA ODD至SCU XFC口T型连接头至odd 线连接处。通过TSD板天线测试模式，单根天线选通，最后确认27#号天线匹配值异常为-2dB，而正常值是-20dB～-50dB之间。

为进一步确认故障点，在ADS上将27#与25#天线馈线接口位置对调，发现故障现象变为25#通路，故故障点应在27#天线或馈线故障。查看27#馈线ADS断连接头及同轴电缆外观均无断裂。前往天线平台检查27#天线，拆下天线罩，发现天线焊点紧固，无脱焊也无明显氧化现象，拆开底座发现馈线与天线连接处接头螺纹完全松脱，重新紧固后测量副载波信号和复合波信号均恢复正常，缺口告警消失。

4 总结

此次九洲导航台DVOR非常见的副载波缺口故障现象主要是由于设备告警门限漂移以及馈线线缆接触不良引起，迷惑性强，使故障排查难度增大。设备故障中两台机的监控系统由于门限不一致导致告警现象不同，以及电缆接触不良导致的一号机缺口不明显，在初期将我们的排障思路局限在了监控系统故障以及单机缺口告警，导致在排障过程中走了不少弯路。通过这次故障排查也获得了一些设备维护经验：首先要重视维护时对告警门限的验证，对各个测试孔的信号特征熟练掌握；其次排查设备故障时要根据设备故障现象结合设备近期的运行环境，依据经验对故障概率较大的部件首先进行验证。沿海地区导航台站注意防台风及天线保护，对天线进行定期检查；最后要熟练运用设备测试开关及各种仪器仪表，提高排障效率。