全向信标边带天线系统排故思路

赵军翰

摘 要：本文通过全向信标设备的一次故障为例，讨论DVOR边带天线系统故障以及排故思路。

关键词：全向信标设备；边带天线系统；排故思路

中图分类号：TN820 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0067-02

DVOR全称为甚高频全向信标，是国际民航组织标准的近程导航设备，通过飞机上的接收机仪表利用多普勒效应（多普勒效应就是由于某种辐射源，如声源、光源或其他波源的运动，或观察者的运动，使观察者所接收的声频、光频或其他的频率发生改变的一种现象）比较两个30Hz信号之间的相位后判断出磁方位。两个30Hz信号在磁北方位上相同，而在其他方位上两个30Hz的相位差与该方位（相对与磁北顺时针方位）是一一对应的（如图1所示）。

本文通过对DVOR设备的一次故障的分析、排除过程为例，讨论DVOR天线系统故障的基本排故思路。

1 故障现象

2011年冬天发现全向信标设备的Distortion on det.USB-LSB（USB为上边带信号、LSB为下边带信号）这个参数出现了增大的现象（如图2黑框中数据所示）最大时达到75%，正常值为15%左右（如图3黑框中数据所示）。DVOR信号辐射是由两大部分（载波辐射和边带辐射）共同完成的。圆心位置的中央天线辐射载波（Fo）；位于直径13.5m左右的圆周上的边带天线辐射两个边带（上边带Fo+9960Hz、下边带Fo-9960Hz）。

2 故障定位

如图4所示，该电路为混合信号发生器BSG-D中的一部分，该部分主要功能为：测量边带相位控制与监视信号的相位差，产生天线的监视信号。

图3和图4中的数据正是来自于该部分的信号，因此判断应该为某一个或几个边带电缆和边带天线故障导致的参数异常。

THALES DVOR4000设备采用50根边带天线和1根中央天线辐射信号（如图5所示），51个边带天线在物理构造上是相同的；51根电缆在电气长度上是相同的，物理长度基本相同。

上下边带信号分别分为USB SIN/USB COS和LSB SIN/LSB COS，将50根边带天线分为两组，每组25根。其中USB从1#天线开始，USB SIN依次在1#-3#-----47#-49#天线辐射，USB COS依次在2#-4#-----48#-50#天线辐射；LSB从26#天线开始，LSB SIN依次在26#-28#--22#-24#天线辐射，LSB COS依次在27#-29#----23#-25#天线辐射。

上下边带与载波信号在空间合成，进行调幅，因此全信号表达式为：

由公式可以看到，影响DVOR全信号合成比较大的两个因素分别是上下边带的相位和幅值，如果上下边带幅值不一致，则在上下边带合成的载波相位就会出现很大的谐波成分，因此在DVOR设备正常发射过程中，我们必须保证边带合成相位与载波相位同相。利用设备自带的监控软件控制设备50根边带天线单独辐射信号，发现32号天线与其它天线的参数存在很大差异。经过与31号和33号电缆、天线分别对调测试，排除32号天线阵子的故障，确定32号电缆故障。拧下31号、32号和33号电缆，使用射频网络分析仪对三根电缆的损耗和相位进行对比测量，发现三根电缆的损耗相差不大，但31号和33号电缆的相位是74°，而32号电缆的相位是-123°，造成这种现象主要原因应该是边带电缆两端的电缆头虚接或射频电缆主体受损。经过详细的检查，边带电缆两端的电缆头连接良好，且密封无损坏；退掉电缆外的不锈钢保护管，发现不锈钢保护管保护的电缆有一段变形，大概1米多长（如图6所示），这就是造成电缆相位变化的原因。

3 引起故障的主要原因

在退掉32号电缆外的不锈钢保护管时，里面流出大量的水。经分析电缆变形的原因应该是由于不锈钢保护管两端没有封闭，悬挂在地网下边（如图7所示）。秋冬季节，悬挂在地网上方或天线下发的雨雪和冰面融化沿着电缆顶端流入保护管内，晚上结冰，循环往复，导致不锈钢保护管内不断结冰。结冰处随时间的变化，冰体越积越大，由于外部保护管的硬度较强，所以结冰处向内挤压，将电缆挤压变形。

4 故障的解决方法

为了排查故障，只能将这段变形的电缆剪掉，并修剪未变形电缆的电气长度与其它电缆的电气长度一致（74°）。由于剪掉这一段变形的电缆后，电缆物理长度不够，所以只能将32号电缆与中央天线电缆对调（中央天线在设备机房屋顶的正上方，边带天线距离设备机房有6.75米的距离），将32号电缆变形的一段剪掉，修剪其电气长度与中央天线一致，作为中央天线的发射电缆，将原中央天线的电缆作为边带电缆使用（51根天线电缆在物理长度不同，电气长度上相同时，对设备信号的发射并不造成影响）。连接好电缆，重新开机后，Distortion on det.USB-LSB参数恢复了正常。经校飞后，确认设备工作正常，该设备提供使用。

此时，设备的故障问题已经解决了，但如何解决日后电缆不锈钢保护管不再进水问题呢？在此我们做了以下一套方案：

首先将不锈钢保护管的中心位置用钢丝（1）吊起，使其与机房顶部保持良好的距离。然后将不锈钢保护管的两端用较粗的钢丝（2、3）支撑住，在水平位置上低于中心位置（如图8所示）。这样雪水只能沿着电缆底部流出，以免流入管中，造成挤压电缆的现象发生。

5 结语

本文通过对全向信标设备的一次故障分析和解决方法进行了分析和讨论。

在这次故障的分析、讨论及解决的过程中，希望大家可以对DVOR设备边带天线系统的故障与如何解决该方面问题提供一些帮助。由于水平有限，文中难免出现不足之处，希望各位领导和同事给予批评指正。

参考文献

[1]《DVOR 4000 VHF Omnidirectional Radio Range Technical Manual》設备说明书.

[2]DVOR4000 Part 2 Operation and Maintenance.

[3]DVOR4000 Part 1 Equipment Description.