DVOR4000边带天线旋转的探讨及分析

李宝海

摘要：多普勒甚高频全向信标是国际民航组织规定的近程导航设备，它提供航空器相对于地面甚高频全向信标台的磁方位，为航空器的进近着陆及航路飞行提供精确辅助。DVOR4000是目前民航系统安装使用较多的多普勒甚高频全向信标系统，由意大利THALES公司生产。本文通过分析DVOR4000设备的边带天线旋转的原理，以期为DVOR4000设备边带天线的故障排除提供参考。

关键词：边带天线;原理;辐射;控制

一、工作原理

DVOR工作原理是：辐射带有两个独立的 30Hz 调制的射频载波，分别为30HZ基准相位信号（30HZ AM）和30HZ可变相位信号（30HZ FM）。在磁北方向上 30Hz AM 信号与 30Hz FM 信号同相，在其它方向上，30Hz FM 信号的相位总是连续超前于 30Hz AM 信号的相位，30Hz AM 信號与 30Hz FM 信号之间的相位差代表飞机的磁方位。

DVOR信号辐射由位于圆心位置的中央天线和位于半径约6.75米的圆周上关于圆心对称的两个边带天线全方向辐射完成。发射通路分为载波，上边带和下边带发射通路，分别给载波天线和边带天线馈送经过调制的载波基准相位信号和边带信号。

其中中央天线辐射具有30Hz AM的载波F0频率调幅信号，在同一时刻、任何空间方位上接收到的30Hz AM信号的相位是相同的，即基准相位信号。

DVOR设备利用多普勒效应，通过天线的旋转，使边带天线辐射的信号变为调频信号，形成产生可变相位信号，具体过程如下：位于圆周上的两个边带天线在分别辐射F0+9960Hz、F0-9960Hz频率信号的同时，还以30转/秒的角速率沿圆周作逆时针旋转。则在空间任一方位上接收的边带天线辐射信号不再是固定频率的F0+9960Hz或F0-9960Hz信号，变为具有480Hz频偏的两个调频信号。该两信号与中央天线辐射的载波F0信号合成后，在载波F0上产生了另一个幅度调制，该调制信号为以9960Hz为中心480Hz为频偏30Hz为变化频率的调频信号，称之为副载波信号。负载波中含有的30Hz FM信号的相位在同一时刻、空间不同的方位上是不同的，且随着方位的增大该相位连续超前。（可变相位信号）

如果以30Hz AM相位作基准，取30Hz FM 超前于30Hz AM的相位差与接收方位相比较，可以得到一种一一对应的线性变化关系。

如果调整30Hz AM相位使在磁北方位上得到的30Hz FM、30Hz AM同相，则在空间任何方位上30Hz FM超前30Hz AM的相位差就等于接收点相对于VOR台所在的磁方位角。

在载波通路中，30Hz 低频信号对信号源生成的载波进行调幅，产生 30Hz AM 信号，通过中央天线向空间辐射，根据全向天线的辐射原理，在同一时刻、任何空间方位上接收到的 30Hz AM 信号的相位是相同的，该 30Hz AM 信号称为基准相位信号。中央天线辐射的信号中还包含了 1020Hz AM 调制的识别。

二、边带天线信号的辐射

为了30HZ可变相位信号的产生，需要边带天线进行旋转辐射，而天线在大尺寸轨道上的高速运动非常困难、不易稳定，只能采用电控模拟天线运动。实现方法是在圆周上同时放置多个固定天线，按一定的时间规律分时、依次对这些天线馈送边带天线辐射信号。对于某一边带信号，每一时刻至多馈送给相邻的两个天线（总共四个），通过控制相邻两个工作天线的馈电信号强度，使边带信号的有效辐射点在固定的天线位置之间平滑移动，形成模拟的运动。当天线的切换及馈电控制在圆周上循环了一周时，模拟的上、下边带天线辐射点便转动了一周。

为了辐射信号的连续、平稳，DVOR4000设备的50根边带天线辐射信号为正余弦包络，同时采用了天线分组（天线分为奇数组和偶数组）及辐射过渡的方式（相邻天线依次辐射）。具体过程如下：

1.当A1天线辐射上边带正弦信号（SB1S）的同时，A26天线辐射下边带正弦信号（SB2S）;

2.经过1/1500秒，A1天线/A26天线辐射最大值时，A2天线开始辐射上边带余弦信号（SB1C），A27天线开始辐射下边带余弦信号（SB2C）;

3.经过1/750秒，A2天线/A27天线辐射最大值时，设备控制奇数组天线之间切换，偶数组天线之间切换，即：A3天线开始辐射上边带正弦信号（SB1S）的同时，A28天线辐射下边带正弦信号（SB2S）;

4.当天线模拟旋转至A25天线辐射上边带正弦信号（SB1S）最大值，A50天线辐射下边带正弦信号（SB2S）最大值，A26天线开始辐射上边带余弦信号（SB1C），A1天线开始辐射下边带余弦信号（SB2C）;

5.然后按照此方式不停模拟旋转。

三、边带天线信号的控制

边带混合调制器（MOD-SBB）混合函数信号调制边带的功率信号，并将具有正弦、余弦包络的边带信号分别输出至四个ASM-D（B5、B6、B9、B10）

混合函数信号发生器是控制中心，产生天线切换的定时时钟及天线控制信号，送至ASC-D，从而控制天线的切换及信号的向外辐射。

天线切换控制（ASC-D）通过计数器及译码器产生作用于天线切换开关上的周期性控制脉冲，时钟同步信号来自BSG-D产生的750HZ时钟和30HZ同步信号。

天线切换模块（ASM-D）将来自MOD-SBB的混合函数信号送至天线，向外辐射。ASC-D是由PIN二极管组成的多路选择与分配开关，输入控制信号来自ASC-D的控制选通脉冲，选通相应的开关后，形成通路，使输入信号送往天线。

四、结论

理解DVOR4000设备边带天线旋转的原理及设备结构后，在边带通路发生故障后，我们可以通过仪表及软件告警快速定位故障点。例如，当单个边带天线故障，通过示波器可观察信号波形中会出现缺口，监控软件中“Distortion on det.USB-LSB”参数也会告警。

日常工作中，我们在理解边带通路结构后，应重点关注边带部分故障后的现象，在出线类似现象后，重点检查边带通路，可通过切换机、检查公用部件，单个天线RF测试等方式逐步排除故障，也可通过示波器检查发射信号，快速排除故障。

参考文献：

[1]《ALCATEL  DVOR4000》说明书

[2]朱 磊《DVOR4000一例边带天线系统故障定位及处理》通讯世界 2017（07）.