淺析DVOR4000邊帶天線的模擬旋轉

解麗婧

摘 要：本文通過描述THALES公司DVOR-4000型全向信標機可變相位信號的產生過程，詳細介紹邊帶天線的模擬旋轉和天線切換原理，為該型號設備的維護人員提供一些參考。

關鍵詞：DVOR-4000 邊帶天線 模擬旋轉 天線切換

中圖分類號：V355 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0203-01

甚高頻全向信標機（very high frequency omnidirectional range），是目前民航界應用較多的近程方位導航設備之一，一般與測距儀配合安裝使用，為民航客機提供方位和距離信息。甚高頻全向信標的基本功用是為機載VOR接收機提供一個復雜的無線電信號，經機載VOR接收機解調后，測出地面甚高頻全向信標臺相對于飛機的磁方位——VOR方位，它是以飛機所在位置的磁北方位為基準，順時針方向轉向飛機與地面VOR信標臺之間連線的夾角[1]，并直接顯示在飛機的無線電磁指示器上（RMI）。

1 DVOR4000系統描述及邊帶天線的模擬旋轉

1.1 DVOR4000系統

DVOR4000系統可概述分為以下幾個部分[2]：發射機（Transmitter），天線轉換單元（Antenna Switching Unit），天線系統（Antennas），監視及控制（Monitor），本地及遠程通信（Local/Remote communication），電源及其管理（Battery Charging Power Supply）。主要模塊功能如下，發射機產生送往天線分配系統的三個頻率的信號，即CSB、SB1、SB2，以及產生送往天線分配系統的開關控制信號及相關時序。天線分配單元主要功能為產生邊帶相位的控制信號與監視信號、監視載波匹配、產生天線切換的定時時鐘、產生混合函數信號并調制具有功率的邊帶信號等。監視與控制系統的功能是監視發射的信號，檢測可能存在的有害誤差或故障，產生預警或告警，邏輯控制發射機。本地及遠程通信模塊主要完成的功能有通信控制以及各個單元之間的通信，本地顯示控制和本地操作等。電源及其管理則為設備各板塊提供用電。

1.2 可變相位信號的形成

在實際運行中，設備預先設定磁北方向為統一的基準零時刻，中央天線輻射的基準相位信號的初相為零；同時，電子開關的控制，使下邊帶信號從一號天線開始逆時針模擬旋轉輻射，上邊帶信號從一號天線相對應的天線逆時針模擬旋轉輻射。這樣，磁北方向的可變相位信號和基準相位信號同相。邊帶旋轉輻射形成的多普勒頻移為fd，那么，接收機接收的信號頻率為（f0+9960Hz）+fd，而下邊帶由于和上邊帶對稱輻射，形成的接收頻率為（f0-9960 Hz）-fd。這樣，多普勒效應在每個邊帶上引起的頻率調制的相位是相同的。

為了同時減少天線陣效應的影響，DVOR4000則使用了兩個邊帶輻射信號[2]。天線陣效應是監視天線、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，假如與上述直線成90度角的邊帶天線輻射邊帶信號的時候，邊帶的矢量相位與載波矢量相位是不會重合在一起的，會出現一個夾角，這顯然是有害的。對于整個天線陣連續輻射信號時的情景，會看到邊帶合成矢量圍繞著載波矢量，在一定的范圍內有規律地“擺動”。如果使用一個邊帶來輻射，雖然定位上（得到方位信息）問題不大，但是信號的穩定性不好，天線陣效應的影響大。而采用上下邊帶共同、相對輻射，能夠較好地減小這些影響。

1.3 邊帶天線模擬旋轉

為了將固定的邊帶天線輻射變成與旋轉邊帶輻射等同起來，DVOR4000采用了邊帶天線模擬旋轉的方式。實現方法是在一個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。對于邊帶信號來講，每一時刻最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移動，并采取相應的措施，使信號平滑，這樣就形成模擬旋轉運動。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。

1.4 天線切換系統

載波和邊帶頻率由合成器SYN產生，并將輸出信號分配到調制器MOD-110和MOD110P，載波F0信號經調制后送往放大器CA-100用于產生CSB信號。調制器MOD110P則產生上下邊帶信號，均是未經調制的連續波，邊帶信號進一步的混合調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）由發射機系統產生后，送往天線分配單元，載波CSB經相位監視和控制PMC-D后直接由中央天線輻射出去，將USB和LSB送往混合信號發生器BSG-D進一步處理。BSG-D是ASU單元的控制中心，主要功能是產生天線切換的定時時鐘、混合函數、生成工作頻率完成與發射機送來的30Hz時鐘同步工作等。

為了方便說明，此處把混合函數定義為正弦和余弦波形。余弦混合函數用于奇天線，正弦混合函數用于偶天線。當混合函數達到最小值時就切換到下一個天線。模塊化設計的天線切換模塊（ASM-D）以開關的形式在50個邊帶天線間交換信號，其中四個ASM-D用于多路復用混合上下邊帶信號，五個用于奇天線和另五個用于偶天線的ASM-D通過饋線與天線相連。正弦混合的上下邊帶信號從偶天線發射，余弦混合函數從奇天線發射。相位和監視控制模塊（PMC-D）用于抽取不同的RF相位，由于要兩次順序切換25個天線，所以天線切換控制板（ASC-D）必須產生750Hz的切換頻率。每個ASM-D模塊的切換命令來自于ASC-D。ASC-D上的頻率計數器產生的切換命令與來自工作的發射機（接天線的發射機）的MSG的30 Hz信號同步，并同時與載波信號的30 Hz AM同步。

2 結語

為了更好地保證DVOR設備的高質量運行，我們應該不斷加強DVOR設備原理的學習，尤其是CSB、SB1、SB2的輻射方式和原理。導航設備故障千變萬化，只有我們在維護和維修過程中將理論和實際設備結合，這樣才能又快又好的排除故障，保障飛行安全。

參考文獻

[1] 魏光興.通信、導航、監視設施[M].成都：西南交通大學出版社，2004，6：97-100.

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