民航新疆空中交通管理局技术保障中心 龚成纬

AWA多普勒全向信标天线系统故障分析

民航新疆空中交通管理局技术保障中心 龚成纬

【摘要】结合对AWA系列DVOR（51D及52D型）设备典型的天线原因造成的故障案列进行分析，找出天线故障现象与故障原因之间的联系，分别探究载波、边带及监控天线出现异常时会导致发生哪些不同的告警现象。

【关键词】多普勒全向信标；载波天线；边带天线；监控天线；接触不良；匹配性差

引言

多普勒甚高频全向信标（DVOR）是一种高精度近程相位测角导航系统，与机载接收机配合，可以测得地面台站相对于飞机的台磁方位角。原澳大利亚AWA公司所生产，现广泛应用于新疆各处的DVOR设备型号有VRB 51D型及VRB 52D型，52D属于51D改进型但在在天线系统方面保持了一致。此类设备的天线系统由1根载波天线、48根边带天线、1根监控天线组成。48根边带天线采用电子开关控制的方法定时来改变对每根边带天线的馈电以此模拟天线的旋转，产生边带信号，并与载波天线辐射出的已调载波信号在空间进行幅度调制，完成整个的信号产生［1］。

1、主要相关告警分析

1.1 方位告警

DVOR设备方位信息是通过比较30HzAM信号与30HzFM信号的相位得来的，方位告警一般是由载波部分故障及边带部分故障引起，由于该参数是由监控器监控，所以监控通路异常也会导致告警。

1.2 30HzAM告警

30HzAm信号是由基准相位信号产生器RPG产生，经过载波调制信号产生与载波保护板块CMP，作为调制信号加载到载波产生与驱动器CGD的驱动放大器1A71157上对载波进行调制，在经过载波通路至载波天线辐射出去。所以当出现30HzAM信号告警时，可以考虑为RPG、CMP、载波通路出现故障，由于该参数是由监控器监控，所以监控通路异常也会导致告警，一般情况下若伴随有载波正方向功率告警优先对载波进行排故。

1.3 副载波告警

副载波信号被边带信号进行调频，然后以调幅的方式调制于载波，所以当出现副载波告警时，可以考虑是由载波部分故障或者边带部分故障引起，由于该参数是由监控器监控，所以监控通路异常也会导致告警。一般检查载波通路、上下边带通路、监控器部分。

1.4 载波反向功率告警

DVOR在CMP组件上的反向功率告警检测电路检测到载波定向耦合器（CDC）后的载波通路匹配不好或断路（包含载波天线故障），使载波反射功率过大，从而产生反射功率告警。通常会有两种情况：如果设备立即换机或关机，则表明反射很强，有断路情况发生；如果经过近10秒的延时后产生换机或关机则表明载波通路匹配不正常。

1.5 边带反射功率告警

当边带调制器1A71159以后的边带通路匹配不好或断路以及边带天线故障时产生边带反向功率告警，包括边带天线继电器K1——K4故障，并且当边带天线继电器故障时同时会引起副载波告警（意味着比较多的边带信号未正常发射出去）。

2、载波天线

2.1 原理分析

DVOR载波天线为一根改进型阿尔福特天线，位于整个天线系统的中间位置，其主要辐射的信号为载波信号、30HzAM信号、识别信号、话音信号，后三者是作为调制信号用调幅方式调制于载波的。当载波天线通路匹配性降低、驻波比升高时，会造成载波、30HzAM、识别信号的辐射异常，可能会导致出现的告警现象有：方位告警、副载波告警、30HzAM告警、识别告警、载波反向功率告警；其中当出现载波反向功率告警时，应将其作为主要告警优先排除，该告警出现时基本可以认定是载波天线通路出现异常。

2.2 案例分析

2.2.1 故障现象

DVOR设备双机不定时短暂出现方位、30Hz AM、副载波告警，造成主备机间频繁换机。到台后未观察到持续的故障状态，观察发现故障发生时，方位有大幅度漂移，复合DVOR信号测量时也随方位呈现出不同幅度变化（0.23V～1.5V）。

2.2.2 故障分析

1）由于双机同时出现了相同的故障、并且本地维护开启时，设备工作正常，排除单个设备故障的原因，可以判断故障发生在公共部分。2）由于同时出现方位、副载波、30HzAM告警，以上述对单个告警产生的分析，最有可能出现问题的部分在监控通路，或者载波通路通路。3）30Hz AM信号解调后波形发生变化，进而引起30Hz AM信号电平变化造成告警，同时也会引起方位告警。观察复合VOR信号，副载波部分整体跳跃，但副载波波形形状未出现明显变化。4）同时由于故障告警只是间隔性出现，判断很大可能在接触问题或者是外部干扰。5）根据以上的分析，可以初步判断造成故障发生的原因有以下几种：a）当监控通路信号不稳定。b）载波通路出现接触不良造成匹配变化，会造成复合VOR信号跳跃。c）外部干扰也会造成同样的故障现象。

2.2.3 故障处理

1）准备工具材料（万用表、示波器、套筒扳手、电缆头、电烙铁、防水胶布、焊锡等）。

2）排除监控通路。

首先对监控信号进入设备经过的功分器（MBD）及监控天线进行了更换，设备故障现象依旧；然后对设备至监控天线的埋地电缆进行检查，发现埋地电缆与天线连接处的三处接头的其中一处连接头的头芯出现断裂状况，这有可能是造成监控信号不稳的原因，随即对该电缆头进行重新制作并紧固后，观察设备运行情况，两日后同样的故障再次出现。

3）排除载波通路

用矢量电压表测量载波天线通路反射系数为0.02，符合要求。拆下载波部分单支节匹配装置，检查发现电缆中有1个接头电缆芯和电缆头的芯脱焊，电缆芯有轻微的氧化，打磨电缆芯后重新焊接后接入设备，发现电缆头仍旧存在电缆头松动导致头芯下坠的现象，打开电缆头仔细检查发现里面的橡胶垫圈已出现老化断裂的痕迹，线缆外部黑胶皮制作时割切太深致使电缆头容易松动，但由于载波天线的长度及匹配情况涉及到整个载波信号的电气长度并会影响整个系统，不宜轻易重做电缆头，维修人员对现有缆头进行加工处理后重新接上，观察几日后，未出现告警现象，设备恢复正常。

2.2.4 分析建议

1）发生该种现象的故障时，应首先检查监控通路和载波通路是否出现不匹配情况。2）怀疑干扰时，可以首先调整机内滤波网络，检查MRF是否正常。3）安装时应注意线缆头的制作并采取固定措施，定期检查接头接触情况；并尽量多使用整缆，减少连接处的接头，减少因接触不良带来信号不稳的风险。

3、边带天线

3.1 原理分析

DVOR边带天线为48根改进型阿尔福特天线，组成一个以载波天线为中心直径为13.5m的圆形天线阵，采用了电子开关的电气方法完成模拟天线的旋转，也就是在空间旋转的边带信号能量，实际上是将辐射功率由一个天线到另一个天线依次转换而实现的。当边带天线通路匹配性降低、驻波比下降时，其会影响到边带信号的正常辐射，其具体可能导致的告警有：方位告警、副载波告警、缺口告警、边带反向功率告警；其中当出现边带反向功率告警时，应将其作为主要告警优先排除，该告警出现时基本可以认定是边带天线通路出现异常。

3.2 案例分析

3.2.1 故障现象

DVOR双机同时出现方位、缺口、边带反射功率告警，双机来回切换机后关机。

3.2.2 故障原因分析

1）双机出现相同的告警信息，且双机维护开启均正常，说明故障部分在公共部分（边带继电器、边带天线）。2）出现边带反射功率告警，应以排除其为主。3）边带继电器故障时会有多个边带天线的信号无法辐射出去，造成副载波告警，但该种情况下未出现福载波告警，可以判断边带继电器正常。4）出现有缺口告警未出现副载波告警，说明边带天线阵子中的一对天线出现故障。5）当夜出现罕见大雨，可能为天线接口处进入潮气，引起匹配发生变化。

3.2.3 故障处理

1）准备工具材料（万用表、示波器、电缆头、防水胶布、热缩管等）。2）维修经过：跳过天线继电器，让1号机边带信号直接连接天线，发现故障依旧，排除了边带天线继电器故障的可能；观察设备SMA XA5（ODD）和XA6（EVEN）信号波形异常；与正常波形对比发现信号中有两处异常凸起（尖锐毛刺），且间隔24个波，说明边带天线中有相对于圆心对称的两个边带天线匹配异常，再用另一示波

器通道接ASD上的信号孔，查找出故障的边带天线为11、35号边带天线；对对应的天线处接头重新制作防水后，故障消失。

3.2.4 分析建议

1）边带继电器故障时一般不会造成双机故障，且伴随有副载波告警，若要具体判断哪个继电器，可以将其进行短接观察故障是否消失。2）查找48根边带天线中具体哪根出现故障，一般将用示波器观察边带反射信号，同时用示波器另一通道检查ASD各孔信号，检查相对应的故障天线。3）要着重关注恶劣天气下对设备使用的影响，有助于判断故障产生的原因。

4、监控天线

DVOR设备中，方位、副载波、缺口、30HZ AM、识别告警的产生均是由监控天线接收到的全VOR信号经过MBD（功分器）分别进入两台设备（双机系统）的MRF（射频放大器监控器），然后经过不同滤波器与相应的预设门限进行比较，当超出门限时，设备产生告警。所以当监控天线通路出现异常时，这五个参数均有可能产生告警。

5、天线系统故障分析总结

DVOR天线的故障多是由于天线的连接及匹配出现问题，带来影响是造成双机故障，双机绝大多数情况下会出现相同的故障告警。若是持续性的故障告警时，根据是否伴有载波反向功率告警或者边带反向功率告警，可以判断故障点在载波天线处还是在边带天线处、或者是监控天线通路出现问题，明确故障方向，再针对具体的故障现象进行分析，逐步排查出故障原因，另外要格外注意故障发生时的外场环境及设备运行环境，这可能与故障的产生息息相关。同时在对载波及边带天线排故时，要特别注意不要引起其匹配电缆电气长度的改变，致使信号出现异常。

参考文献

［1］郑连兴，倪育德.DVOR VRB—51D多普勒全向信标［M］.北京∶中国民航出版社.1996.10∶50-200.