DVOR 1150A安裝調(diào)試的探討

王長錚

DVOR 1150A安裝調(diào)試的探討

王長錚

（中國民用航空華北地區(qū)空中交通管理局天津分局，天津 300300）

多普勒全向信標(biāo)系統(tǒng)（DVOR）作為傳統(tǒng)陸基導(dǎo)航設(shè)備，在民用航空領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，多普勒全向信標(biāo)設(shè)備相繼完成了多代產(chǎn)品的更替。主要針對Selex 1150A型設(shè)備的安裝調(diào)試環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹，為此類設(shè)備導(dǎo)航臺建設(shè)和運行維護(hù)提供可行性參考經(jīng)驗。

DVOR；安裝調(diào)試；天線匹配

0 引言

DVOR 1150A設(shè)備由美國Selex公司研發(fā)生產(chǎn)，近兩年在國內(nèi)民用航空全向信標(biāo)導(dǎo)航系統(tǒng)中的占有率得到了快速提升。而相對國內(nèi)民用航空陸基導(dǎo)航系統(tǒng)來說，還算是“新生”產(chǎn)品。本文主要針對此次天津DVOR 1150A設(shè)備安裝調(diào)試中的部分環(huán)節(jié)進(jìn)行經(jīng)驗探討，希望對其他地區(qū)同類設(shè)備的安裝、檢測有所幫助。

1 注重規(guī)章規(guī)范的實際應(yīng)用

在臺站建設(shè)過程中，往往“經(jīng)驗主義”更容易影響施工人員的主觀意識，從而忽視了相關(guān)規(guī)章、規(guī)范等客觀要求。

《國際民航公約附件10》、《民用航空導(dǎo)航臺建設(shè)指導(dǎo)材料》、《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》、《航空無線電導(dǎo)航臺（站）電磁環(huán)境要求》、《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備供配電配置指導(dǎo)材料》等規(guī)章規(guī)范，細(xì)致地解答了臺站建設(shè)過程相關(guān)的工藝要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為臺站建設(shè)提供了有力的規(guī)范依據(jù)。這些相關(guān)材料，都可以在“中國民用航空局”官網(wǎng)進(jìn)行查詢和下載。

隨著國內(nèi)民航事業(yè)的快速發(fā)展，全向信標(biāo)/測距儀臺站建設(shè)和維護(hù)的相關(guān)規(guī)章、規(guī)范在日益完善，也在不斷更新。無論是在建設(shè)的前期準(zhǔn)備中，還是在工藝安裝過程，臺站建設(shè)者都不能太武斷，要充分查閱現(xiàn)有最新的相應(yīng)規(guī)章、規(guī)范去考察設(shè)計圖紙、施工質(zhì)量并獲取相關(guān)檢測報告。如：按照一般維護(hù)經(jīng)驗，設(shè)備接地要小于4 Ω，而《民用航空導(dǎo)航臺建設(shè)指導(dǎo)材料》明確規(guī)定“導(dǎo)航臺地網(wǎng)的接地電阻值宜小于1 Ω”。因此要求施工方提供防雷接地檢測報告等。

遇到問題應(yīng)及時組織施工、監(jiān)理和設(shè)計等單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行研討；如果需要特殊改動，施工單位應(yīng)在設(shè)計變更后再進(jìn)行施工。

2 天線柱的定制

天線柱的定制主要決定天線的架高進(jìn)而影響DVOR天線的輻射場型。一般廠家對于天線柱的安裝高度建議為1.3 m，近似為DVOR平均工作頻的半波長[1]。相較其他廠家，DVOR 1150A設(shè)備對天線柱的選定有自己“特殊”限制；手冊中安裝部分明確了設(shè)備在不同工作頻段下，天線柱的安裝高度上限值不同，具體相關(guān)要求如表1所示[2]。

表1 工作頻率與天線柱高度對應(yīng)關(guān)系

注：依據(jù)現(xiàn)實臺站工作頻率，查詢“臺站工作頻率”所在區(qū)間，其載波、邊帶天線的高度不能超出該頻率區(qū)間所對應(yīng)的“天線相對地網(wǎng)高度最大值”。

手冊中沒有給出高度限制的理論依據(jù)，但其廠家調(diào)試前的“現(xiàn)場安裝核實表”中卻提出必須符合該項要求（廠家派人現(xiàn)場調(diào)試的前提要求）。為不影響工程進(jìn)度以及施工質(zhì)量，可依據(jù)手冊要求對天線柱高度進(jìn)行核算后再定制，其具體天線定制尺寸計算過程如下：

參照表1中“mm”所對應(yīng)數(shù)值為天線相對地網(wǎng)高度最大值（設(shè)該值為max）；如圖1所示，可得知臺站建設(shè)過程中，實際天線相對地網(wǎng)高度（設(shè)該值為）不能超過max，即：

由圖1可知，天線相對地網(wǎng)高度由電路板與天線托盤間厚度、天線柱高度、道軌高度和螺桿固定高度四部分組成，即：

因此，結(jié)合式（1）和式（2）可得：

安裝前可通過與設(shè)備廠家了解參數(shù)和地網(wǎng)廠家了解參數(shù)、，由式（3）求得天線柱的定制高度。根據(jù)最終計算結(jié)果，將所求得的值告知天線柱生產(chǎn)廠家進(jìn)行定制。

此次設(shè)備安裝前，其他現(xiàn)場出現(xiàn)過因天線柱高度問題引發(fā)的爭議。后經(jīng)與廠家證實，確實存在該項安裝要求，因此，為避免同類事件對安裝進(jìn)度產(chǎn)生影響，本地區(qū)對天線柱的定制做出詳細(xì)計算，后經(jīng)實踐證明上述計算方法符合實際要求。

3 天線單元的安裝及調(diào)試

依據(jù)DVOR設(shè)備工作原理，機(jī)載接收機(jī)通過比較基準(zhǔn)信號與可變信號間的相位關(guān)系來獲取相對磁北的方位。其中，基準(zhǔn)信號為中央天線輻射為 30 Hz的AM信號，而可變信號為邊帶天線以30 Hz模擬旋轉(zhuǎn)形成30 Hz對副載波的調(diào)頻。如式（4）[3]所示：

式中，為天線陣直徑；為30 Hz；為臺站工作頻率所對應(yīng)波長值。

為獲取多普勒頻偏最大值fmax為480 Hz，上、下邊帶天線的模擬旋轉(zhuǎn)的直徑應(yīng)該根據(jù)臺站頻率進(jìn)行計算，并將邊帶天線整齊地安裝在以為直徑的圓周上。

副載波信號對載波信號采用“空間調(diào)制”，這就要求載波和上、下邊帶信號三者間的相位關(guān)系和幅度比例與完整的調(diào)幅波的頻譜分量完全一致。由于載波和上、下邊帶信號是分別產(chǎn)生且經(jīng)不同路徑分別到不同的天線輻射，設(shè)備本身參數(shù)的變化以及各分量在空間傳播路徑的改變等原因，都破壞三者間的相位和幅度關(guān)系，造成空間調(diào)幅信號的失真。為使機(jī)載設(shè)備獲取完好的導(dǎo)航信號，要重視天線安裝工藝和調(diào)試質(zhì)量，盡可能以良好的物理安裝工藝，減少實際應(yīng)用影響。

3.1 天線柱的安裝調(diào)整

天線柱的安裝過程，首先要找到載波天線柱與磁北所在直線[4]，并找到該直線與天線軌道交點，以確定好1號天線的位置。通常，此過程需要指南針和全站儀的配合使用，指南針的使用過程，要盡量遠(yuǎn)離地網(wǎng)，以避免由于地網(wǎng)對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。核實載波天線柱的水平、垂直，將全站儀坐放在該天線柱上，進(jìn)行校表、設(shè)定；可先確定1號、13號、25號和37號邊帶天線位置，然后將天線陣圓周分成4個90°空間，依次進(jìn)行調(diào)整；過程中，不要輕易再對全站儀參數(shù)進(jìn)行修改。

校準(zhǔn)1號天線水平、垂直，并以該天線為基準(zhǔn)，綜合公式直徑的理論計算值及廠家手冊參數(shù)要求如圖2所示，設(shè)置全站儀的相對參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對邊帶天線柱的布局進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。由于天線柱表面、天線托盤模具等工藝因素影響，可能會對天線實際測量結(jié)果造成一定誤差。因此，為進(jìn)一步提高精度，可利用天線電路板平面作為測量基準(zhǔn)。

由于國內(nèi)天線柱制作標(biāo)準(zhǔn)和國外標(biāo)準(zhǔn)不同，現(xiàn)場安裝過程可能會發(fā)現(xiàn)天線與天線柱間的緊固螺絲不能通用，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行定制或者加工改造。

圖2 天線布局圖

3.2 邊帶天線的安裝調(diào)試

天線的安裝和調(diào)整過程是整套設(shè)備安裝的重點。天線柱調(diào)整完成后，可將事先開箱清點的線纜進(jìn)行吊裝、鋪放以及一定時間的“釋放”；過程要避免過度彎曲和踩踏而引起線纜的物理損傷。出廠時，廠家一般會把邊帶線纜的一端做好焊接、塑封，此端可保留在室外，用于與天線連接；另一端需要自行焊接、縮封，因此，穿纜前可將其N型頭和熱縮管拆下、收集保存，同時將裸露的線纜做好防護(hù)。穿纜結(jié)束，可將熱宿管恢復(fù)、N型頭擰緊，但暫時不要焊接、縮封。

利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析對邊帶天線逐個進(jìn)行檢測調(diào)試。該過程可以將邊帶天線鏈路分為線纜檢測和天線檢測兩部分，具體操作步驟如下：

（1）邊帶線纜檢測、調(diào)試：

1）將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀開機(jī)、預(yù)熱；

2）點擊“Mode”，選擇網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，等待系統(tǒng)加載；

3）點擊“Freq/Dist”，根據(jù)臺站設(shè)置中心頻率、帶寬；

4）點擊“Measure”，選擇“S11”測量方式；

5）點擊“Marker”，標(biāo)記中心頻率；

6）點擊“Cal”，完成設(shè)備校準(zhǔn)；

7）將每根邊帶天線依次連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀，并對增益、相位參數(shù)，做好詳細(xì)記錄。

利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對邊帶線纜進(jìn)行檢測，此操作步驟的意義在于通過比較各天線回波損耗、相位可以對線纜的自身性能作出相對性的評估：確定每根線纜的好壞、個別線纜是否需要進(jìn)行裁剪等。此操作結(jié)束，可以把邊線纜頭進(jìn)行焊接、縮封、與機(jī)柜對應(yīng)接口進(jìn)行連接。

（2）邊帶天線檢測、調(diào)試：

為實現(xiàn)邊帶天線的阻抗匹配，DVOR 1150A通常調(diào)整天線板件中可變電容C3來校準(zhǔn)諧振頻率、C5來改善回波損耗[5]，其在電路板件位置如圖3所示。

圖3 天線電路板中C3、C5位置

具體天線匹配調(diào)整方法如下：

1）按照上述邊帶線纜的檢測方法完成1）~5）操作；

2）點擊“Mkr/Tools”，選擇游標(biāo)搜索，并選擇最小值；

3）連接一根測試線纜到網(wǎng)絡(luò)分析測試端口，點擊“Cal”，完成設(shè)備校準(zhǔn)；

4）將測試線纜另一端連接到1號天線，同時將相鄰天線，2號和48號天線接假負(fù)載；

5）查看游標(biāo)點頻率是否與臺站頻率一致，如果存在偏差，通過調(diào)整天線電路板C3進(jìn)行校準(zhǔn)；

6）查看游標(biāo)點回波損耗是否處于-31~-26 dB區(qū)間，如果超出區(qū)間，可通過調(diào)整天線電路板C5進(jìn)行校準(zhǔn)；

7）檢測、校準(zhǔn)結(jié)束，記錄1號天線最終頻率及回波損耗；

8）按照同樣方法，依次對圓周其他47根天線完成檢測、校準(zhǔn)，并做好記錄。

由于單天線的校準(zhǔn)過程，會對相鄰天線的輻射結(jié)果產(chǎn)生一定的影響[5]，因此，第一圈校準(zhǔn)結(jié)束，要進(jìn)行第二圈驗證性檢測和校準(zhǔn)；以此類推，重復(fù)檢測，直到參數(shù)全部符合相應(yīng)門限要求，即完成邊帶天線調(diào)試。本地區(qū)邊帶天線調(diào)試四圈后的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 邊帶天線調(diào)試后數(shù)據(jù)

載波天線最終調(diào)試后的回波損耗是-30.36 dB，駐波比為1.063。調(diào)試過程與邊帶天線類似，只是沒有對應(yīng)的C3、C5可變電容，而是通過調(diào)整電容片間距和改變匹配線纜長度來實現(xiàn)。

現(xiàn)實天線調(diào)整過程容易受到氣溫變化帶來的影響，因此，邊帶天線和載波天線的校準(zhǔn)過程盡量要控制在溫差不大的情況下進(jìn)行檢測、調(diào)試。

4 結(jié)論

DVOR設(shè)備作為傳統(tǒng)陸基導(dǎo)航設(shè)備，國內(nèi)工作人員對設(shè)備的安裝經(jīng)驗已經(jīng)十分豐富，而隨著設(shè)備集成度的不斷增高，讓設(shè)備的安裝過程也變得更加簡單。DVOR 1150A相對來說還算“新”的設(shè)備型號，為確保高質(zhì)量的后期運行保障，必須充分重視設(shè)備的安裝調(diào)試。此外，本地區(qū)其他安裝感觸、建議如下：

（1）建臺過程要摒棄“經(jīng)驗主義”，嚴(yán)格遵守最新技術(shù)規(guī)范和要求，為后續(xù)竣工驗收和行業(yè)驗收做好充足準(zhǔn)備。

（2）為了增強(qiáng)后期保障能力，要注重安裝工藝，盡可能追求理論依據(jù)與廠家手冊共同滿足點。

[1] 金遼. 論VOR天線高度與地網(wǎng)尺寸的關(guān)系[J]. 民航科技，2000，2：15-17.

[2] 571150A-0002 REV. Operations and Maintenance Manual Model 1150A Dopple VHF Omnirange March, 2012:1-14.

[3] 鄭連興，倪育德. 多普勒全向信標(biāo)[M]. 北京：中國民航出版社，1997：36-37.

[4] MH/T 4006.2-1998. 航空無線電導(dǎo)航設(shè)備第2部分：甚高頻全向信標(biāo)（VOR）[R]. 中國民用航空總局，1998.11.27

[5] 570002-0111 REV. Operations and Maintenance Manual Model 1150A Dopple VOR（DVOR）Antenna, October 2011.2-2.

Discussion on Installation and Debugging of DVOR 1150A

WANG Changzheng

As traditional roadbed navigation equipment, Doppler very high frequency omnidirectional radio (DVOR) plays an important role in the field of civil aviation. With the development of navigation technology, DVOR’s product has been updated for multi-generation. The related links of installation and debugging of the Selex DVOR 1150A equipment is introduced to provide the feasibility reference experience of such navigation station construction and operation maintenance.

DVOR; Installation and Debugging; Antenna Matching

V351

A

1674-7976-(2021)-06-449-05

2021-07-02。

王長錚（1988.01—），天津人，工程師，主要研究方向為民航航空雷達(dá)和導(dǎo)航設(shè)備。