NM7000航向天线原理与维修
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摘要：nm7000型仪表着陆系统的天线系统长年暴露室外，易老化故障，该文以NM3526型16单元天线系统为例，介绍航向天线系统的组成原理和维修案例，分析故障排除的方法，以提高航向天线维修的效率。
关键词：NM7000；仪表着陆系统；航向天线
仪表着陆系统（简称盲降）是现今全球民用机场使用最广泛的航空器进近引导设施，能够在复杂气象条件下为航空器提供决断高度以上精密引导，指引航空器安全进场着陆。NM7000是INDRA公司在挪威生产的先进盲降设备，因其性能优异，目前已成为国内机场重要的仪表着陆引导设备。航向信标作为仪表着陆系统重要的组成部分，担负着引导进近航空器对准跑道中心线的重要作用，航向天线系统由于长年风吹日晒，较其它组件容易故障，做好航向天线系统的维护是保障民用机场运行的基础。
本文对NM7000航向天线系统的工作原理进行研究，并对三个维修实例进行分析总结，以供大家讨论和参考，不妥之处望大家批评指正。
1 NM7000航向天线系统原理
1.1 航向信标原理
航向信标提供覆盖跑道及跑道延长线的水平方向上的引导信号，这个信号是合成的，分别由两个辐射场（150Hz/90Hz）共同完成。在跑道中心线和跑道延长线上，一定范围内，150Hz和90Hz调制的幅度是一样的（即调制度相等），这个范围称为“航道”。飞机在航道上时机载设备的接收机会给出一个正确的指示，而当飞机处在航道的左侧时，也就是90赫兹占优势的辐射场内，会得到“向右纠正”的指示，同样，位于航道的右侧时，处于150赫兹占优势的辐射场内，会得到“向左纠正”的指示
1.2 航向信标组成
NM7000航向信标主要由盲降机柜、天线阵系统、电源、遥控单元及远端维护监控系统组成。
1.3 航向天线系统的组成及作用
航向信标使用多振子天线系统，常用的有12单元、16单元和24单元3种。如图1所示为16单元航向天线系统NM3526，其包含：16单元对数周期天线阵；天线分配单元（ADU），包含电缆及天线故障监控回路；监控合成单元（MCU）；从NM7000航向信标机柜送至天线分配单元的载波和边带信号（CSB）馈线和纯边带（SBO）馈线；16根等电气长度天线馈线；16根等电气长度天线监控电缆；3根由MCU通至NM7000机柜的监控信号电缆；1套电缆管道；1副近场监控天线。
发射机输出的COU CSB、COU SBO、CLR CSB和CLR SBO信号，经过天线分配单元按不同幅度和相位馈送到各天线单元，使空间场能够合成理想的航向信号。监控合成单元将每根天线的发射信号进行检测并合成为航道CL、宽度DS和余隙CLR信号，提供给盲降机柜内的监控器进行参数监测和门限比较。在航向天线阵中，还包含有DC-LOOP监测，通过对天线电路的检测，获取天线及电缆性能的监控。在航向天线阵前方，安装有近场监控天线，对实际发射的外场信号进行监控，获得近场NF通道检测。
航向信标使用的是对数周期天线，它是一种非频变的，抑或叫做超宽频带的天线，其方向性和阻抗可以在10：1甚至更宽的波段内基本保持不变。该对数周期天线采用耐海水腐蚀铝合金制造，长2.8米，宽1.3米，重35千克。天线前端安装有一个低通滤波器印制电路板FB1526A，构成天线匹配电路。天线后端安装有监控耦合板MO1525，其由射频变压器和电阻网络组成。图2所示为天线组成及DC-LOOP系统。
2 NM3526维修案例
2.1 DC-LOOP故障
2.1.1 故障现象
航向信标双监控器MON1、MON2的DC-LOOP1告警，参数值达到45.0/44.0，超过告警门限42，设备自动换机，告警依然存在，设备自动关闭。航道CL-DDM、宽度DS-DDM、近场NF-DDM、余隙CLR-DDM监控参数正常。如表1所示。
2.1.2 故障分析
DC-LOOP用来检测天线及发射、监控电缆性能，当其中一根或多根天线故障或电缆断开时，会触发该参数告警，提醒维护人员检修设备。该故障中仅有DC-LOOP告警，其余主要监控参数如CL、DS、NF、CLR均正常，说明天线本身发射和监控都没有故障，告警原因应为DC-LOOP检测电路本身故障。
2.1.3 故障排查
从设备机柜的接口板CI1210开始倒排查找，依次检查CI1210板上DC-LOOP连接端、机柜至天线分配单元的DC-LOOP检测电缆、天线分配单元内DC-LOOP的连接端以及天线分配单元本身。
根据DC-LOOP接线对应表，对DC-LOOP线路进行排查。表2所示为天线分配单元至CI1210板的DCLOOP配线对应关系。
其中，设备RMS监控软件中对DC-LOOP的标注分别为：DCLOOP0-DCLOOP3，而CI1210板上的接口为DCLOOP1-DCLOOP4，因此，软件中的DCLOOP1参数实际对应线路中的DCLOOP2连接。分别对线路两端的接头和线路本身进行检测，发现在天线分配单元端的接头E脱焊，进行重新焊接后，DCLOOP恢复为正常值39，系统恢复正常。
2.2 天线监控部分故障
2.2.1 故障现象
航向信标双机双监控器MON1、MON2的CL-DDM、DS-DDM、CLR-DDM参数偏离正常值较大，如表3所示。
表3 天线监控部分故障时主要参数的监控值
[参数＼&监控器1＼&监控器2＼&正常值＼&CL-DDM＼&-0.6＼&-0.6＼&-0.1＼&DS-DDM＼&0.9＼&0.9＼&0.0＼&NF-DDM＼&0.2＼&0.2＼&0.2＼&CLR-DDM＼&-0.2＼&-0.2＼&0.2＼&]
2.2.2 故障分析
由于双机双监控器均出现参数波动，说明公共部分存在故障，而近场NF正常说明发射信号是正常的，故障点为天线单元的监控部分或监控合成单元，由于航道CL、宽度DS和余隙CLR同时波动，而监控合成单元对各通道是分别进行检测的，因此监控合成单元故障的可能性较小。故障排查着重于各个天线单元的监控耦合板和监控电缆的检查。
2.2.3 故障排查
使用万用表逐个测量各天线电缆的信号馈入线与屏蔽之间的相对电阻，发现第15根天线阻止较其它天线明显过低，为30Ω（其它天线为48-50Ω，理论值50Ω），初步确定故障点为第15根天线的监控通道。
天线监控通道为两根钢丝从天线前端匹配电路板贯彻整个天线直至后端监控耦合板，再通过监控电缆将感应信号传送至监控合成单元（MCU）。
依次对内置监控天线（即双钢丝线）与前后端天线匹配电路板FB1526A和监控耦合板MO1525的连接进行检查，钢丝线与两块电路板上的固定螺杆直接为氩氟焊接，通过敲击晃动，未发现接触不良情况。对监控耦合板MO1525电路检查，该板在两路输入点处为压片接触式设计，长时间使用后，镀银接触面形成氧化，降低信号传导性，对该两处压片点进行防氧化挂锡处理并增加弹簧垫圈后，宽度DS上升为-0.4/-0.4，设备参数有所好转，但仍未恢复正常，测量天线阻值在30-50Ω浮动，说明仍存在接触不良。
将整个天线卸下后发现，监控耦合板MO1525输出监控电缆在天线单元下方导管内一电缆接头的内部铜芯存在松动，对该电缆接头进行维修加固后，设备恢复正常，参数稳定。
2.3 天线发射部分故障
2.3.1 故障现象
航向信标双机双监控器MON1、MON2的CL-DDM、DS-DDM、NF-DDM、CLR-DDM参数偏离正常值较大，同时DCLOOP1参数告警，如表4所示。
2.3.2 故障分析
该故障中，设备各通道监控参数均有较大波动，特别是NF-DDM偏离平时正常值，说明天线辐射信号产生了变化，同时DC-LOOP值超出门限产生告警，故障部位应为天线发射部分。
2.3.3 故障排查
依次对天线分配单元、天线发射电缆及天线进行检测。由于DC-LOOP功能极为监测天线性能，因此可通过DC-LOOP值变化缩小查找范围，通过查阅电路图得知，DC-LOOP2（即监控软件中的DCLOOP1）所监测的是A5 A6 A11 A12这4根天线，依次检测4根天线的阻值，发现A6天线及电缆阻值偏大。
初步检查A6天线及电缆，未发现接触不良，将天线前端密封盖打开，发现FB1526A电路板焊点存在氧化现象，重新挂锡焊接后，设备恢复正常，参数稳定。
3 新型航向天线NM7216
近期，INDRA公司在最新的NM7000B仪表着陆系统中推出了新型航向天线NM7216，作为16单元航向天线阵的标准配置。
NM7216航向天线撤销了后端的监控耦合板MO1525，取而代之的是在天线前端将FB1526A一分为二，分别在天线腔体的两侧各安装了一块FM1818，其中，FM1818-1为发射馈送板，FM1818-2为监控耦合板；同时将天线后端下方管道内的电缆接头由移至天线后端，开启后盖即刻进行维护。
作为天线监控的重要部分DC-LOOP电路也做出了改进，INDRA公司对天线分配单元进行了升级，在同期推出的DIA1784A天线分配单元中，依然采用4个DC-LOOP通道监控，每个DC-LOOP监测通道在正常状态下输出同样的监测值，当某一根天线出现故障时，监测该天线的DC-LOOP通道立即给出告警参数，每一个通道的DC-LOOP对于其监测的4根天线在各自故障时能给出4个不同的告警值，便于维护人员4 总结
航向天线作为仪表着陆系统的重要组成部分，长年经历风吹日晒，加上设计和制造工艺等因素，难免会出现老化故障等现象。当设备出现故障时，应通过检查软件告警参数，从发射和监控两方面分析故障原因，并结合天线回路检测DC-LOOP快速定位故障点进行维修。日常维护中要及时保存设备参数并进行比对，发现参数出现较大幅度波动应及时开展“预防性维修”，提前将故障隐患排除，以提高设备保障率。
参考文献：
[1] Indra Company. NM7013 Instrument Landing System Instruction Manual[M]. Oslo Norway，2013.
[2] Indra Company. NM3526 16-Element Two-Frequency Localizer Antenna System Instruction Manual[M]. Oslo Norway，2013.
[3] 童克文，郑青竹，陶然. NM7000航向天线故障排除[J].空中交通管理，2009（5）：40，49.
[4] 张贵兴.NORMARC ILS 天线系统的安装调整[J].中国无线电管理，2001（7）：18-19，23.