民航飞机航电设备故障检测与诊断课件：甚高频通信导航设备故障诊断实践

民航飞机航电设备

故障检测与诊断

甚高频通信导航设备故障诊断实践甚高频(VHF)无线电系统主要指工作频率在108.00MHz

~136.975MHz的无线电系统，主要由甚高频通信系统、仪表着陆系统(ILS)、甚高频全向信标系统(VOR)组成。机载甚高频无线电设备主要用于飞机地空通信、飞机与飞机之间通信、飞机航路导航及机场着陆导航。机载甚高频是飞机常用航电设备，对于保障飞机安全飞行具有重要作用。由于甚高频信号只能以直达波的形式在视距内传播，所以它的有效作用范围较短，并受飞行高度的影响，为保障甚高频通信的高度可靠，民航飞机上一般都装有2套或3套甚高频系统。甚高频通信系统采用半双工信道通信工作方式，调制模式为双边带调幅(DSB-AM)，通信频率工作在118.00MHz

~136.975MHz，频道间隔25kHz(欧洲国家使用8.33kHz)，有760个频道，其中121.500MHz定为遇难呼救频道。VOR/LOC

导航接收机工作频率为108.00MHz

~117.95MHz，频道间隔50kHz，有200个频道。GS下滑导航接收机工作频率为329.15MHz

~335.00MHz

，频道间隔150kHz，

有40个频道。甚高频通信导航系统工作于飞机放飞、航路、近进、着陆进入机位的全过程，是保障飞行的重要机载航电系统。

甚高频通信导航设备故障诊断实践11.1甚高频通信导航收发机系统结构11.2甚高频通信导航收发机系统工作原理

11.3甚高频通信导航收发机常见故障分析

11.4本章小结目录https://www.ypppt.com/11.1甚高频通信导航收发机系统结构航接收机、VOR

接收机的多功能收发机，被广泛加装于多种通航飞机上用于机载通信导航。该收发机系统结构主要由控制显示部分、通信收发机、导航接收机、主板、下滑接收机构成。

甚高频通信导航收发机系统结构如图11.1所示某型甚高频通信导航收发机是Bendix

King公司出品的一款集成了通信收发机、ILS导图11.1某型通信导航收发机控制面板设备显示器选用气体放电型显示数码管，

可显示通信、导航频率及VOR方位信息等四个显示区。显示控制面板图如图11.1所示，左边显示分区为

COMM分区，右边为NAV分区。开机后利用微处理器及调频开关选择产生收发机和下滑信标接收机的波道频率，有效工作频率显示在“USE”显示区，备用频率显示在“STBY”显示区，通过转换按键可以和“USE”频率互换，当频率设定后，“USE”和“STBY”频率将被储存于EPROM中。导航频率工作方式与通信频率相似，但在VOR

工作状态期间，VOR

方位信息显示在“STBY”显示窗。

甚高频通信导航收发机系统结构(1)控制显示部分。系统带有独立转换的通信接收机及发射机，通信工作方式为半双工信道，通信发射功率大于10W。甚高频通信导航收发机系统结构(2)通信收发机。当机组按下PTT发射开关时，收发机处于发射状态，控制面板上显示“T”，此时通信信号接收被抑制。发射信号与接收信号共用天线接口，通过二极管转换开关识别发射或接收信号。当释放PTT开关后，收发机处于接收状态。VOR无线电导航设备，是目前广泛使用的陆基近程测角系统之一，机载VOR接收机接收VOR地面台发射的基准相位信号和可变相位信号，并通过比较两种信号的相位差，得出飞机相对地面VOR台的径向方位供飞行员确定飞机的位置并引导飞机航行。LOC航向信标是ILS仪表着陆系统的组成部分，由地面信标台通过调制90Hz/150Hz信号在跑道中心延长线形成航向道指引。

甚高频通信导航收发机系统结构(3)导航接收机。系统带有独立的VOR/LOC导航接收机，用于飞机航路导航及终端进近导航。(4)下滑接收机。系统带有独立下滑(GS)接收机，GS与LOC接收机共同组成机载仪表着陆系统(ILS)接收机，GS下滑指示是地面信标台通过调制90Hz/150Hz信号在跑道端头形成3O仰角的引导波速，引导飞机着陆。ILS下滑系统工作频率在特高频(UHF)频段，GS频道与LOC频道是一一配对关系，选定LOC频道后，GS频道也自动确定。GS接收机主要由预选电路、振荡电路、混频电路、射频放大电路、滤波电路、中频放大电路，检波电路，调理电路组成，最终输出下滑引导信号用来驱动下滑偏离指示器。(5)主板。主板主要集成主控制器，RAM存储器，及带有过压保护和限流的高效率开关电源提供多路所需稳压电源。

甚高频通信导航收发机系统结构https://www.ypppt.com/

11.2甚高频通信导航收发机系统工作原理1

．系统工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理系统工作原理如图11.2所示。图11.2通信导航系统原理图控制显示器数字阳极产生相应数码显示显示亮度由光电池通过光敏变化改变显示控制脉冲的脉宽实现。向显示面板七段式数字显示器发送时钟脉冲和多路传输同步信号读写非易失性存储器RAM

中频率数据接收控制面板频率旋钮产生的“＋”“－”逻辑控制信号，并进行频率编码读取只读存储器(ROM)

中程序指令1

．系统工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理微处理器是设备的核心，工作时钟由外部主振荡器电路产生12.8MHz时钟。2．通信接收机工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理通信接收机工作原理如图11.3所示。图11.3通信接收机工作原理图跟随中频放大器

之后的是晶体管

检波电路及静噪

控制电路。自动

静噪可以通过前

面板开关进行人

工接触，自动静

噪使用信噪比对

静噪门开关进行

控制，实现噪声抑制。混频器为有源MOS-FET场效

应管电路，用以

对本振VCO信号和接收的RF信

号进行混频，变

成11.4MHz的中

频信号(IF)，

并通过多个电极

单片晶体滤波器

组成的滤波电路进行滤波。中频放大器分为

两级放大电路，增益放大倍数受AGC

控制。静噪电路之后是

音频低通滤波器

和音频压缩器及

集成音频放大器，

用以对输出音频进行调节。接收的RF信号

通过变容二极管

组成的信号预选电路及收/发二

极管转换电路到

接收机，双栅极MOS-FET

射频

放大器在双预选电路中间，对RF信号进行低

噪声放大以及起

射频AGC增益控制作用。2．通信接收机工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理压控振荡器(VCO)接收由主控制器输出的分频信息进行VCO调节，产生相应VCO频率信号输入到混频器，同时还将VCO频率信号传送到主电路板，通过主控制器鉴频电路及电荷泵进行误差反馈调整。检波电路对调幅信号检波后对电容充电形成AGC控制电压，用来对RF放大器及IF放大器进行增益控制；同时检波信号输入静噪电路，积分放大后与静噪门限进行比较后再控制静噪开关，当检波信号未到设定值时，静噪开关开启，抑制信号输入随后的音频压缩电路及音频放大电路。压缩电路作用为将音频音量控制在一定范围，并分别输入内话系统、侧音扬声器及音频放大器。2．通信接收机工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理3．通信发射机工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理通信发射机工作原理如图11.4所示。图11.4通信发射机工作原理图调制音频信号同时输入到压缩电

路及发送到接收机侧音电路，压

缩电路用来控制发射音量增益，

侧音电路用来进行语音自听。音频信号从MIC输入，经过调制

开关后需要进行预放大及两级调

制管放大，然后耦合到驱动放大

电路及末级功放电路集电极进行

调幅调制。当PTT发射开关被打开，发射机

开始工作，同时控制T/R转换开关

对接收信号进行抑制，通信发射

机接收来自接收机振荡电路合成

的RF信号，信号频率由使用通话

频率设定。RF信号需要经过三级放大电路以

达到输出功率的最低要求，分别

为初级驱动预放大、驱动放大、

末级功率放大电路，然后再通过

低通滤波器最终耦合到COMM通

信天线。此时功放电路仅仅放大RF载波信

号，若要发出语音信号，还需要

调制电路将音频信号调制到载波

信号中。3．通信发射机工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理4．导航接收机工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理导航接收机工作原理如图11.5所示。图11.5导航接收机工作原理图导航接收机与通信接收机类似。不同的是检波电路除了输出导航音频信号，还输出导航复合信号到导航转换板。在音频放大器前，设置有音调有源陷波器(1020Hz识别波段抑制滤波器)，当按下导航音量控制旋钮时，陷波器可以有效地除去识别声频，保留音频信号，当打开音量按钮时，识别音频信噪比显著增加。4．导航接收机工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理5．导航转换板工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理导航转换板工作原理如图11.6所示。图11.6导航转换板工作原理图若导航接收机设定为LOC频率，则VOR/LOC复合信号由90Hz与150Hz低频信号组成，90Hz与150Hz低频

信号由航向信标台控制天线阵的调制信号发出，当飞机处于航道中心线附近时，两信号调制度相同。若飞机偏离航道则90Hz与150Hz信号将出现调制度差，通过解算两信号调制度差可以解算出飞机偏离航道程度。若导航接收机设定为VOR频率，则复合信号由被30Hz基准相位信号调频的9960Hz信号和30Hz可变相位信号组成，由于30Hz基准相位信号相位在VOR台周围360O

方向上是相同的，而30Hz可变相位信号相位随VOR台径向方位变化，所以只要解算出两个30Hz信号相位差就能计算VOR方位。5．导航转换板工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理1)VOR工作状态2)LOC工作状态3)GS工作状态5．导航转换板工作原理甚高频通信导航收发机系统工作原理https://www.ypppt.com/

11.3甚高频通信导航收发机常见故障分析显示故障机件

不工作通信失真VOR/LOC导航故障发射故障GS

不工作旋钮及

其他故障故障件数/件19121831141836维修工时/h29224336253212甚高频通信导航收发机常见故障分析表11.1为某型通信导航收发机故障与维修统计表11.1某型机载通信导航收发机故障与维修统计从统计情况看：导航故障、通信失真(包括发射故障)与GS(下滑信标)不工作的故障占到总故障机件的55%，是排故重点；显示故障、机件不工作，旋钮及其他机械类故障占总故障机件的45%。从排故过程来看，显示故障，

机件整体工作故障主要集中在

显示面板高压击穿，电源工作

不正常，通过排故能够准确快

速地对故障进行故障定位；旋

钮及其他类故障大部分反映为机件外观有损坏，开关、旋钮、调频等故障。从工时利用率来看，前一类故障排故工时占总利用工时的69%，远高于后者。

甚高频通信导航收发机常见故障分析甚高频通信导航收发机常见故障分析图11.7是2008年至2012年五年期间某飞机修理厂某型机载通信导航收发机的故障数统计，从图中可以看出，随着使用年限的逐渐增加，设备的无故障工作时间(MTTR

)在降低，且故障数量持续增加。从故障曲线来看，MTTR

呈逐年降低也说明机件在逐年老化，MTTR从最初的1650h下降到最近的682h

，修复

度可靠性在降低。某型机载通信导航收发机在某飞行单位的平时使用年限约12年，从故障率上升曲线来看，机件已经进入了浴盆曲线故障上升段，每年故障的件数在持续增加，大多数器件，特别是电容、集成电图11.7

路、晶体管等器件严重老化是引起机件故障的主要原因，另外到寿器件的可靠性问题还引起了很多软故障，给排故过程带来很多困难。2008~2012年某型通信导航收发机故障曲线及无故障工作时间曲线1．电源故障图11.8为某型通信导航收发机部分电源电路图。甚高频通信导航收发机常见故障分析11.3.1

常见故障分析图11.8电源电路部分原理图R418为大功率小阻值电阻，若R418阻值漂移会提前引起过流报警，导致输出＋192V电压偏低。输出电源＋10V整流滤波电容器漏电会引起所有输出电压过高而＋10V反馈电压正常，当某路输出电源滤波电容对地击穿后会引起过流导致Q401或Q402过流击穿失效，同时Q402属于功率放大器件，功耗发热较大，属于易失效器件。当三端稳压电路I400输出基准电压不正确，所有电源输出端均不正常；当T400变压器输出故障时，多存在线圈匝间短路或断路，此时多存在

一路或多路电源不正常；当集成电路I401失效时，电源输出端可能存在无输出、整体输出电

压过高或过低，Q401或Q402失效时，器件通常被击穿接地，引起无电压输出、保险烧断等情况。11.3.1

常见故障分析甚高频通信导航收发机常见故障分析2．显示故障显示故障主要是机件在通电过程中出现不显示、显示错误信息等故障。KX165采用气体放电显示面板，工作电源电压高达200V，因此器件故障率较高。电源供电显示驱动显示面板甚高频通信导航收发机常见故障分析11.3.1

常见故障分析3．LOC/VOR工作异常(1)VOR工作正常，LOC工作异常。VOR与LOC共用接收机，共用转换板。接收机解调后输出复合导航信号，若VOR工作正常，LOC工作异常则需要找出两种信号在运算中的差异。检测两电平值能够快速判定故障区域。当频率设定为ILS

(LOC)频率时，

ILS使能信号为低电平，I600输出应该为ILS高电平。首先判定ILS使能信号是否工作正常，ILS使能信号工作原理图如图11.9所示。甚高频通信导航收发机常见故障分析11.3.1

常见故障分析11.3.1

常见故障分析甚高频通信导航收发机常见故障分析图11.9ILS使能信号工作原理图(2)VOR数字方位显示异常，指示异常。图11.10为VOR导航中30Hz基准相位信号与30Hz可变相位的解调过程，是图11.6的局部详细电路图。11.3.1

常见故障分析甚高频通信导航收发机常见故障分析图11.10VOR导航信号解调原理图复合导航信号输入转换板后，通过I600C运算放大器缓冲，R601可调节复合信号强度。运放输出信号分别输入9960Hz滤波器及30Hz带通滤波器，30Hz带通滤波经过I601B运放

后，再通过I602B相移90O，最后通过方波发生运算放大器I605生成30Hz可变信号的矩形波。9960Hz滤波器是由30Hz基准相位信号调频，因此滤波器之后接入调频鉴频器得到30Hz基准相位信号，两信号经过图11.6所述网络比较相位后得到数字方位角度显示到前面板显示器。在此电路网络中，9960Hz网络若出现中心频率漂移，将无法解调出30Hz基

准相位信号，此时需要更换或调整I600及R603。出现故障应首先检测I600的引脚1与I602的引脚7是否能观测到两组30Hz信号，若无故障定位到测试点前，重点检测滤波器运放，若有信号则检测后端方波发生器及异或门电路。

甚高频通信导航收发机常见故障分析11.3.1

常见故障分析通信失真主要源于通信接收机接收

灵敏度低，通信接收灵敏度通常为

2V，对灵敏度的要求很高。引起

灵敏度低的主要故障大多由于射频

信号衰减严重，接收电路失谐，检

波电路、音频电路故障。故障涉及

从输入到音频输出的所有线路及器件，排故工作最为困难。通信失真是指在VHF语音通话过程

中出现听不清现象，出现此类故障

对飞行安全有重大影响，所以在检

测过重中每一项性能参数都必须符合维修手册的要求。对于此类故障要对接收机电路每一

个模块电路的工作有比较清晰的认

识，同时要能找准关键节点对电路

系统进行模块化划分，对电路的每

一个模块分别进行定位与隔离，逐渐减小排故范围定位故障点。4．通信故障设备通信故障主要表现会通信失真，不能正常发话。甚高频通信导航收发机常见故障分析11.3.1

常见故障分析甚高频通信导航收发机常见故障分析11.3.1

常见故障分析(1)通信失真。图11.11为图11.3通信接收机工作原理中双调谐预选电路的局部细化电路图。图11.11通信接收机预选电路原理图•变容二极管根据电压值改变电容大小•预选器RLC谐振网络调谐中心频率设置到选择频率施加到2组变容二极管电路(CR6与CR7

，CR8与CR9)11.3.1

常见故障分析CPU输出直流电压•两个预选网络•

一个RF场效应管放大电路(Q10)甚高频通信导航收发机常见故障分析天线耦合器R/T转换开

关电路天线端口双调谐预选网络Q10故障•模拟RF信号电平比正常输入电

平高出60dB或更多•接收机灵敏度测试不能满足要求•导致通信失真变容二极管参数漂移或失效•改变预选调谐频率•天线接收RF信号产生很大衰减•判定变容二极管性能时，首先测试CPU输出调谐电压是否正常11.3.1

常见故障分析甚高频通信导航收发机常见故障分析大的RF信号及本振电路VCO振荡信号，混频之后输出11.4MHz中频信号，分别通