DVOR4000邊帶天線旋轉(zhuǎn)的探討及分析

李寶海

摘要：多普勒甚高頻全向信標(biāo)是國際民航組織規(guī)定的近程導(dǎo)航設(shè)備，它提供航空器相對于地面甚高頻全向信標(biāo)臺的磁方位，為航空器的進(jìn)近著陸及航路飛行提供精確輔助。DVOR4000是目前民航系統(tǒng)安裝使用較多的多普勒甚高頻全向信標(biāo)系統(tǒng)，由意大利THALES公司生產(chǎn)。本文通過分析DVOR4000設(shè)備的邊帶天線旋轉(zhuǎn)的原理，以期為DVOR4000設(shè)備邊帶天線的故障排除提供參考。

關(guān)鍵詞：邊帶天線;原理;輻射;控制

一、工作原理

DVOR工作原理是：輻射帶有兩個獨(dú)立的 30Hz 調(diào)制的射頻載波，分別為30HZ基準(zhǔn)相位信號（30HZ AM）和30HZ可變相位信號（30HZ FM）。在磁北方向上 30Hz AM 信號與 30Hz FM 信號同相，在其它方向上，30Hz FM 信號的相位總是連續(xù)超前于 30Hz AM 信號的相位，30Hz AM 信號與 30Hz FM 信號之間的相位差代表飛機(jī)的磁方位。

DVOR信號輻射由位于圓心位置的中央天線和位于半徑約6.75米的圓周上關(guān)于圓心對稱的兩個邊帶天線全方向輻射完成。發(fā)射通路分為載波，上邊帶和下邊帶發(fā)射通路，分別給載波天線和邊帶天線饋送經(jīng)過調(diào)制的載波基準(zhǔn)相位信號和邊帶信號。

其中中央天線輻射具有30Hz AM的載波F0頻率調(diào)幅信號，在同一時刻、任何空間方位上接收到的30Hz AM信號的相位是相同的，即基準(zhǔn)相位信號。

DVOR設(shè)備利用多普勒效應(yīng)，通過天線的旋轉(zhuǎn)，使邊帶天線輻射的信號變?yōu)檎{(diào)頻信號，形成產(chǎn)生可變相位信號，具體過程如下：位于圓周上的兩個邊帶天線在分別輻射F0+9960Hz、F0-9960Hz頻率信號的同時，還以30轉(zhuǎn)/秒的角速率沿圓周作逆時針旋轉(zhuǎn)。則在空間任一方位上接收的邊帶天線輻射信號不再是固定頻率的F0+9960Hz或F0-9960Hz信號，變?yōu)榫哂?80Hz頻偏的兩個調(diào)頻信號。該兩信號與中央天線輻射的載波F0信號合成后，在載波F0上產(chǎn)生了另一個幅度調(diào)制，該調(diào)制信號為以9960Hz為中心480Hz為頻偏30Hz為變化頻率的調(diào)頻信號，稱之為副載波信號。負(fù)載波中含有的30Hz FM信號的相位在同一時刻、空間不同的方位上是不同的，且隨著方位的增大該相位連續(xù)超前。（可變相位信號）

如果以30Hz AM相位作基準(zhǔn)，取30Hz FM 超前于30Hz AM的相位差與接收方位相比較，可以得到一種一一對應(yīng)的線性變化關(guān)系。

如果調(diào)整30Hz AM相位使在磁北方位上得到的30Hz FM、30Hz AM同相，則在空間任何方位上30Hz FM超前30Hz AM的相位差就等于接收點(diǎn)相對于VOR臺所在的磁方位角。

在載波通路中，30Hz 低頻信號對信號源生成的載波進(jìn)行調(diào)幅，產(chǎn)生 30Hz AM 信號，通過中央天線向空間輻射，根據(jù)全向天線的輻射原理，在同一時刻、任何空間方位上接收到的 30Hz AM 信號的相位是相同的，該 30Hz AM 信號稱為基準(zhǔn)相位信號。中央天線輻射的信號中還包含了 1020Hz AM 調(diào)制的識別。

二、邊帶天線信號的輻射

為了30HZ可變相位信號的產(chǎn)生，需要邊帶天線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)輻射，而天線在大尺寸軌道上的高速運(yùn)動非常困難、不易穩(wěn)定，只能采用電控模擬天線運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)方法是在圓周上同時放置多個固定天線，按一定的時間規(guī)律分時、依次對這些天線饋送邊帶天線輻射信號。對于某一邊帶信號，每一時刻至多饋送給相鄰的兩個天線（總共四個），通過控制相鄰兩個工作天線的饋電信號強(qiáng)度，使邊帶信號的有效輻射點(diǎn)在固定的天線位置之間平滑移動，形成模擬的運(yùn)動。當(dāng)天線的切換及饋電控制在圓周上循環(huán)了一周時，模擬的上、下邊帶天線輻射點(diǎn)便轉(zhuǎn)動了一周。

為了輻射信號的連續(xù)、平穩(wěn)，DVOR4000設(shè)備的50根邊帶天線輻射信號為正余弦包絡(luò)，同時采用了天線分組（天線分為奇數(shù)組和偶數(shù)組）及輻射過渡的方式（相鄰天線依次輻射）。具體過程如下：

1.當(dāng)A1天線輻射上邊帶正弦信號（SB1S）的同時，A26天線輻射下邊帶正弦信號（SB2S）;

2.經(jīng)過1/1500秒，A1天線/A26天線輻射最大值時，A2天線開始輻射上邊帶余弦信號（SB1C），A27天線開始輻射下邊帶余弦信號（SB2C）;

3.經(jīng)過1/750秒，A2天線/A27天線輻射最大值時，設(shè)備控制奇數(shù)組天線之間切換，偶數(shù)組天線之間切換，即：A3天線開始輻射上邊帶正弦信號（SB1S）的同時，A28天線輻射下邊帶正弦信號（SB2S）;

4.當(dāng)天線模擬旋轉(zhuǎn)至A25天線輻射上邊帶正弦信號（SB1S）最大值，A50天線輻射下邊帶正弦信號（SB2S）最大值，A26天線開始輻射上邊帶余弦信號（SB1C），A1天線開始輻射下邊帶余弦信號（SB2C）;

5.然后按照此方式不停模擬旋轉(zhuǎn)。

三、邊帶天線信號的控制

邊帶混合調(diào)制器（MOD-SBB）混合函數(shù)信號調(diào)制邊帶的功率信號，并將具有正弦、余弦包絡(luò)的邊帶信號分別輸出至四個ASM-D（B5、B6、B9、B10）

混合函數(shù)信號發(fā)生器是控制中心，產(chǎn)生天線切換的定時時鐘及天線控制信號，送至ASC-D，從而控制天線的切換及信號的向外輻射。

天線切換控制（ASC-D）通過計數(shù)器及譯碼器產(chǎn)生作用于天線切換開關(guān)上的周期性控制脈沖，時鐘同步信號來自BSG-D產(chǎn)生的750HZ時鐘和30HZ同步信號。

天線切換模塊（ASM-D）將來自MOD-SBB的混合函數(shù)信號送至天線，向外輻射。ASC-D是由PIN二極管組成的多路選擇與分配開關(guān)，輸入控制信號來自ASC-D的控制選通脈沖，選通相應(yīng)的開關(guān)后，形成通路，使輸入信號送往天線。

四、結(jié)論

理解DVOR4000設(shè)備邊帶天線旋轉(zhuǎn)的原理及設(shè)備結(jié)構(gòu)后，在邊帶通路發(fā)生故障后，我們可以通過儀表及軟件告警快速定位故障點(diǎn)。例如，當(dāng)單個邊帶天線故障，通過示波器可觀察信號波形中會出現(xiàn)缺口，監(jiān)控軟件中“Distortion on det.USB-LSB”參數(shù)也會告警。

日常工作中，我們在理解邊帶通路結(jié)構(gòu)后，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注邊帶部分故障后的現(xiàn)象，在出線類似現(xiàn)象后，重點(diǎn)檢查邊帶通路，可通過切換機(jī)、檢查公用部件，單個天線RF測試等方式逐步排除故障，也可通過示波器檢查發(fā)射信號，快速排除故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]《ALCATEL ?DVOR4000》說明書

[2]朱 磊《DVOR4000一例邊帶天線系統(tǒng)故障定位及處理》通訊世界 2017（07）.