DVOR4000邊帶天線旋轉的探討及分析

李寶海

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

關鍵詞：邊帶天線;原理;輻射;控制

一、工作原理

DVOR工作原理是：輻射帶有兩個獨立的 30Hz 調制的射頻載波，分別為30HZ基準相位信號（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米的圓周上關于圓心對稱的兩個邊帶天線全方向輻射完成。發射通路分為載波，上邊帶和下邊帶發射通路，分別給載波天線和邊帶天線饋送經過調制的載波基準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，即基準相位信號。

DVOR設備利用多普勒效應，通過天線的旋轉，使邊帶天線輻射的信號變為調頻信號，形成產生可變相位信號，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/秒的角速率沿圓周作逆時針旋轉。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，變為具有480Hz頻偏的兩個調頻信號。該兩信號與中央天線輻射的載波F0信號合成后，在載波F0上產生了另一個幅度調制，該調制信號為以9960Hz為中心480Hz為頻偏30Hz為變化頻率的調頻信號，稱之為副載波信號。負載波中含有的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超前。（可變相位信號）

如果以30Hz AM相位作基準，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的線性變化關系。

如果調整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行調幅，產生 30Hz AM 信號，通過中央天線向空間輻射，根據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 信號稱為基準相位信號。中央天線輻射的信號中還包含了 1020Hz AM 調制的識別。

二、邊帶天線信號的輻射

為了30HZ可變相位信號的產生，需要邊帶天線進行旋轉輻射，而天線在大尺寸軌道上的高速運動非常困難、不易穩定，只能采用電控模擬天線運動。實現方法是在圓周上同時放置多個固定天線，按一定的時間規律分時、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度，使邊帶信號的有效輻射點在固定的天線位置之間平滑移動，形成模擬的運動。當天線的切換及饋電控制在圓周上循環了一周時，模擬的上、下邊帶天線輻射點便轉動了一周。

為了輻射信號的連續、平穩，DVOR4000設備的50根邊帶天線輻射信號為正余弦包絡，同時采用了天線分組（天線分為奇數組和偶數組）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.經過1/750秒，A2天線/A27天線輻射最大值時，設備控制奇數組天線之間切換，偶數組天線之間切換，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.當天線模擬旋轉至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。

三、邊帶天線信號的控制

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

混合函數信號發生器是控制中心，產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）通過計數器及譯碼器產生作用于天線切換開關上的周期性控制脈沖，時鐘同步信號來自BSG-D產生的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，輸入控制信號來自ASC-D的控制選通脈沖，選通相應的開關后，形成通路，使輸入信號送往天線。

四、結論

理解DVOR4000設備邊帶天線旋轉的原理及設備結構后，在邊帶通路發生故障后，我們可以通過儀表及軟件告警快速定位故障點。例如，當單個邊帶天線故障，通過示波器可觀察信號波形中會出現缺口，監控軟件中“Distortion on det.USB-LSB”參數也會告警。

日常工作中，我們在理解邊帶通路結構后，應重點關注邊帶部分故障后的現象，在出線類似現象后，重點檢查邊帶通路，可通過切換機、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射信號，快速排除故障。

參考文獻：

[1]《ALCATEL ?DVOR4000》說明書

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