Принцип работы азимутального радиомаяка
VOR-4000 реализует амплитудно - фазовый метод углометрии, для чего ВЧ сигнал, излучаемый радиомаяком VOR, модулируется двумя синусоидальными напряжениями с частотой 30 Гц. Один сигнал – так называемый сигнал опорной фазы, имеет модулирующую составляющую с неизменной начальной фазой, второй сигнал – сигнал переменной начальной фазы, имеет модулирующую составляющую с изменяемой начальной фазой в соответствии с азимутальным направлением излучения сигнала приложение 2.
Зависимости начальной фазы сигнала переменной фазы от азимутального положения ВС можно посмотреть в приложении 3. Перемещая положение ВС по азимутальной шкале видно, как изменяется начальная фаза .
Названные сигналы излучаются разными антеннами: сигнал опорной фазы (его еще называют сигнал НБЧ) – всенаправленной антенной; сигнал переменной фазы (его еще называют сигнал БЧ) – направленной (скрещенными диполями).
Сигналы опорной и переменной фазы принимаются радиоприемным устройством воздушного судна, сравниваются по величине фазового сдвига , числовое значение которого определяет направление (пеленг) на радиомаяк (реализация фазового метода). Реализация амплитудной составляющей амплитудно - фазового метода предпологает получение на борту ВС сигнала переменной фазы путем амплитудной модуляции принимаемого сигнала вращающейся ДН передающей антенны специальной формы в виде кардиоиды . В целях возможности разделения сигналов переменной и опорной фазы в приёмном устройстве ВС в процессе их формирования в передатчике VOR используют различные виды модуляции: балансную – амплитудную – для сигнала переменной фазы, частотную плюс амплитудную – для опорной. Наряду с названными сигналами, радиомаяком излучается дополнительно еще два сигнала – сигнал опознавания и речевой сигнал. Сигнал опознавания и речевой сигнал передается с помощью всенаправленной антенны.
В радиомаяке VOR 4000 используется электронный способ управления вращением диаграммы направленности направленной антенны в азимутальной плоскости с частотой 30 Гц. При этом значение начальной фазы модулирующего сигнала в канале переменной фазы жестко связано с уловым положением ДНА относительно севера.
Создание такой диаграммы направленности, возможно с использованием двух скрещенных вибраторов и всенаправленной антенны.
Для удобства рассуждений одну пару вибраторов – обозначим буквой А, другую буквой B. Известно, что каждый в отдельности вибратор в пространстве создает ДН в форме тороида. За счет геометрического сложения полей вибраторов А и В формируется результирующая ДНА, сечение в горизонтальной плоскости которой представляет "восьмерку".
Если оба скрещенных вибратора запитать одним и тем же ВЧ сигналом, то сканирование ДНА наблюдаться не будет. Для сканирования необходимо изменять амплитуду питающих напряжений по законам UAcos φА = UcosΩt. И UBsin φА=UsinΩt. соответственно для вибраторов А и В, где φА– азимутальное положение центра ДНА (кардиоиды), Ω – угловая частота вращения ДНА.
В результате сложения электромагнитных полей вибраторов А и В , в пространстве создается эффект вращения вектора напряженности электрического поля , а вместе с ним и диаграммы направленности ( в приложении 7 результирующая диаграмма направленности вибраторов А и В имеет форму " восьмерки").
Частота вращения ДНА определяется частотой синусоидальных модулирующих колебаний, а направление лепестка ДНА определяется фазовым соотношением сигналов в вибраторах.
В целях компенсации “хвоста” восьмерки, необходимо создать в месте его расположения дополнительное электромагнитное поле, направление которого имеет обратное значение, и равное по величине исходному. Так как магнитное поле вокруг вибраторов имеет концентрический характер, то и результирующее магнитное поле будет иметь концентрический характер с учетом суммирования двух исходных. Следовательно, если вокруг скрещенных вибраторов поместить излучающее “кольцо” ( его диаграмма направленности в приложении 2), и запитать его исходным немодулированным ВЧ опорным напряжением, то в результате суммирования полей в одном лепестке восьмерки и вычитания в другом (один “хвост” восьмерки скомпенсируется), образуется ДНА в форме кардиоды. Из приведенных рассуждений следует сделать выводы: 1. Для питания рассмотренной антенны необходимо иметь как минимум три канала:
- канал опорного напряжения (опорной фазы) - для питания всенаправленной антенны;
- каналы косинусной и синусной составляющих для питания скрещенных вибраторов, образующих канал сигнала переменной фазы. 2. Антенная система представлена скрещенными вибраторами и всенаправленной антенной. В целях достижения требуемой ширины ДНА в угломестной плоскости всенаправленных антенн две - верхняя и нижняя. Запитываются они одинаковой мощностью, со сдвигом по фазе 105о. 3. Создание требуемой диаграммы направленности антенны предполагает точную настройку фазовых соотношений излучающих антенн, как между собой, так и с учетом влияния поверхности земли.