淺析DVOR4000邊帶天線的模擬旋轉(zhuǎn)

解麗婧

摘 要：本文通過描述THALES公司DVOR-4000型全向信標(biāo)機(jī)可變相位信號(hào)的產(chǎn)生過程，詳細(xì)介紹邊帶天線的模擬旋轉(zhuǎn)和天線切換原理，為該型號(hào)設(shè)備的維護(hù)人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：DVOR-4000 邊帶天線 模擬旋轉(zhuǎn) 天線切換

中圖分類號(hào)：V355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（b）-0203-01

甚高頻全向信標(biāo)機(jī)（very high frequency omnidirectional range），是目前民航界應(yīng)用較多的近程方位導(dǎo)航設(shè)備之一，一般與測(cè)距儀配合安裝使用，為民航客機(jī)提供方位和距離信息。甚高頻全向信標(biāo)的基本功用是為機(jī)載VOR接收機(jī)提供一個(gè)復(fù)雜的無(wú)線電信號(hào)，經(jīng)機(jī)載VOR接收機(jī)解調(diào)后，測(cè)出地面甚高頻全向信標(biāo)臺(tái)相對(duì)于飛機(jī)的磁方位——VOR方位，它是以飛機(jī)所在位置的磁北方位為基準(zhǔn)，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)向飛機(jī)與地面VOR信標(biāo)臺(tái)之間連線的夾角[1]，并直接顯示在飛機(jī)的無(wú)線電磁指示器上（RMI）。

1 DVOR4000系統(tǒng)描述及邊帶天線的模擬旋轉(zhuǎn)

1.1 DVOR4000系統(tǒng)

DVOR4000系統(tǒng)可概述分為以下幾個(gè)部分[2]：發(fā)射機(jī)（Transmitter），天線轉(zhuǎn)換單元（Antenna Switching Unit），天線系統(tǒng)（Antennas），監(jiān)視及控制（Monitor），本地及遠(yuǎn)程通信（Local/Remote communication），電源及其管理（Battery Charging Power Supply）。主要模塊功能如下，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生送往天線分配系統(tǒng)的三個(gè)頻率的信號(hào)，即CSB、SB1、SB2，以及產(chǎn)生送往天線分配系統(tǒng)的開關(guān)控制信號(hào)及相關(guān)時(shí)序。天線分配單元主要功能為產(chǎn)生邊帶相位的控制信號(hào)與監(jiān)視信號(hào)、監(jiān)視載波匹配、產(chǎn)生天線切換的定時(shí)時(shí)鐘、產(chǎn)生混合函數(shù)信號(hào)并調(diào)制具有功率的邊帶信號(hào)等。監(jiān)視與控制系統(tǒng)的功能是監(jiān)視發(fā)射的信號(hào)，檢測(cè)可能存在的有害誤差或故障，產(chǎn)生預(yù)警或告警，邏輯控制發(fā)射機(jī)。本地及遠(yuǎn)程通信模塊主要完成的功能有通信控制以及各個(gè)單元之間的通信，本地顯示控制和本地操作等。電源及其管理則為設(shè)備各板塊提供用電。

1.2 可變相位信號(hào)的形成

在實(shí)際運(yùn)行中，設(shè)備預(yù)先設(shè)定磁北方向?yàn)榻y(tǒng)一的基準(zhǔn)零時(shí)刻，中央天線輻射的基準(zhǔn)相位信號(hào)的初相為零；同時(shí)，電子開關(guān)的控制，使下邊帶信號(hào)從一號(hào)天線開始逆時(shí)針模擬旋轉(zhuǎn)輻射，上邊帶信號(hào)從一號(hào)天線相對(duì)應(yīng)的天線逆時(shí)針模擬旋轉(zhuǎn)輻射。這樣，磁北方向的可變相位信號(hào)和基準(zhǔn)相位信號(hào)同相。邊帶旋轉(zhuǎn)輻射形成的多普勒頻移為fd，那么，接收機(jī)接收的信號(hào)頻率為（f0+9960Hz）+fd，而下邊帶由于和上邊帶對(duì)稱輻射，形成的接收頻率為（f0-9960 Hz）-fd。這樣，多普勒效應(yīng)在每個(gè)邊帶上引起的頻率調(diào)制的相位是相同的。

為了同時(shí)減少天線陣效應(yīng)的影響，DVOR4000則使用了兩個(gè)邊帶輻射信號(hào)[2]。天線陣效應(yīng)是監(jiān)視天線、載波天線、邊帶天線在同一條直線上的瞬間，載波矢量的相位和邊帶矢量的相位方向上是一致的。但是在其他邊帶天線輻射時(shí)，假如與上述直線成90度角的邊帶天線輻射邊帶信號(hào)的時(shí)候，邊帶的矢量相位與載波矢量相位是不會(huì)重合在一起的，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)夾角，這顯然是有害的。對(duì)于整個(gè)天線陣連續(xù)輻射信號(hào)時(shí)的情景，會(huì)看到邊帶合成矢量圍繞著載波矢量，在一定的范圍內(nèi)有規(guī)律地“擺動(dòng)”。如果使用一個(gè)邊帶來(lái)輻射，雖然定位上（得到方位信息）問題不大，但是信號(hào)的穩(wěn)定性不好，天線陣效應(yīng)的影響大。而采用上下邊帶共同、相對(duì)輻射，能夠較好地減小這些影響。

1.3 邊帶天線模擬旋轉(zhuǎn)

為了將固定的邊帶天線輻射變成與旋轉(zhuǎn)邊帶輻射等同起來(lái)，DVOR4000采用了邊帶天線模擬旋轉(zhuǎn)的方式。實(shí)現(xiàn)方法是在一個(gè)圓周上同時(shí)放置多個(gè)固定天線，按一定的時(shí)間規(guī)律分時(shí)、依次對(duì)這些天線饋送邊帶天線輻射信號(hào)。對(duì)于邊帶信號(hào)來(lái)講，每一時(shí)刻最多饋送給相鄰的兩個(gè)天線（總共四個(gè)），通過控制相鄰兩個(gè)工作天線的饋電信號(hào)強(qiáng)度，使邊帶信號(hào)的有效輻射點(diǎn)在固定的天線位置之間移動(dòng)，并采取相應(yīng)的措施，使信號(hào)平滑，這樣就形成模擬旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)天線的切換及饋電控制在圓周上循環(huán)了一周時(shí)，模擬的上、下邊帶天線輻射點(diǎn)便轉(zhuǎn)動(dòng)了一周。

1.4 天線切換系統(tǒng)

載波和邊帶頻率由合成器SYN產(chǎn)生，并將輸出信號(hào)分配到調(diào)制器MOD-110和MOD110P，載波F0信號(hào)經(jīng)調(diào)制后送往放大器CA-100用于產(chǎn)生CSB信號(hào)。調(diào)制器MOD110P則產(chǎn)生上下邊帶信號(hào)，均是未經(jīng)調(diào)制的連續(xù)波，邊帶信號(hào)進(jìn)一步的混合調(diào)制和天線切換控制都是由DVOR天線切換單元（ASU）完成。CSB、SB1（USB）、SB2（LSB）由發(fā)射機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生后，送往天線分配單元，載波CSB經(jīng)相位監(jiān)視和控制PMC-D后直接由中央天線輻射出去，將USB和LSB送往混合信號(hào)發(fā)生器BSG-D進(jìn)一步處理。BSG-D是ASU單元的控制中心，主要功能是產(chǎn)生天線切換的定時(shí)時(shí)鐘、混合函數(shù)、生成工作頻率完成與發(fā)射機(jī)送來(lái)的30Hz時(shí)鐘同步工作等。

為了方便說明，此處把混合函數(shù)定義為正弦和余弦波形。余弦混合函數(shù)用于奇天線，正弦混合函數(shù)用于偶天線。當(dāng)混合函數(shù)達(dá)到最小值時(shí)就切換到下一個(gè)天線。模塊化設(shè)計(jì)的天線切換模塊（ASM-D）以開關(guān)的形式在50個(gè)邊帶天線間交換信號(hào)，其中四個(gè)ASM-D用于多路復(fù)用混合上下邊帶信號(hào)，五個(gè)用于奇天線和另五個(gè)用于偶天線的ASM-D通過饋線與天線相連。正弦混合的上下邊帶信號(hào)從偶天線發(fā)射，余弦混合函數(shù)從奇天線發(fā)射。相位和監(jiān)視控制模塊（PMC-D）用于抽取不同的RF相位，由于要兩次順序切換25個(gè)天線，所以天線切換控制板（ASC-D）必須產(chǎn)生750Hz的切換頻率。每個(gè)ASM-D模塊的切換命令來(lái)自于ASC-D。ASC-D上的頻率計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的切換命令與來(lái)自工作的發(fā)射機(jī)（接天線的發(fā)射機(jī)）的MSG的30 Hz信號(hào)同步，并同時(shí)與載波信號(hào)的30 Hz AM同步。

2 結(jié)語(yǔ)

為了更好地保證DVOR設(shè)備的高質(zhì)量運(yùn)行，我們應(yīng)該不斷加強(qiáng)DVOR設(shè)備原理的學(xué)習(xí)，尤其是CSB、SB1、SB2的輻射方式和原理。導(dǎo)航設(shè)備故障千變?nèi)f化，只有我們?cè)诰S護(hù)和維修過程中將理論和實(shí)際設(shè)備結(jié)合，這樣才能又快又好的排除故障，保障飛行安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏光興.通信、導(dǎo)航、監(jiān)視設(shè)施[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2004，6：97-100.

[2] 胡明波.DVOR4000多普勒全向信標(biāo)[Z].天津：中國(guó)民航大學(xué)，2005，12.endprint