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摘 要：本文通过描述THALES公司DVOR-4000型全向信标机可变相位信号的产生过程，详细介绍边带天线的模拟旋转和天线切换原理，为该型号设备的维护人员提供一些参考。
关键词：DVOR-4000 边带天线 模拟旋转 天线切换
中图分类号：V355 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（b）-0203-01
甚高频全向信标机（very high frequency omnidirectional range），是目前民航界应用较多的近程方位导航设备之一，一般与测距仪配合安装使用，为民航客机提供方位和距离信息。甚高频全向信标的基本功用是为机载VOR接收机提供一个复杂的无线电信号，经机载VOR接收机解调后，测出地面甚高频全向信标台相对于飞机的磁方位——VOR方位，它是以飞机所在位置的磁北方位为基准，顺时针方向转向飞机与地面VOR信标台之间连线的夹角[1]，并直接显示在飞机的无线电磁指示器上（RMI）。
1 DVOR4000系统描述及边带天线的模拟旋转
1.1 DVOR4000系统
DVOR4000系统可概述分为以下几个部分[2]：发射机（Transmitter），天线转换单元（Antenna Switching Unit），天线系统（Antennas），监视及控制（Monitor），本地及远程通信（Local/Remote communication），电源及其管理（Battery Charging Power Supply）。主要模块功能如下，发射机产生送往天线分配系统的三个频率的信号，即CSB、SB1、SB2，以及产生送往天线分配系统的开关控制信号及相关时序。天线分配单元主要功能为产生边带相位的控制信号与监视信号、监视载波匹配、产生天线切换的定时时钟、产生混合函数信号并调制具有功率的边带信号等。监视与控制系统的功能是监视发射的信号，检测可能存在的有害误差或故障，产生预警或告警，逻辑控制发射机。本地及远程通信模块主要完成的功能有通信控制以及各个单元之间的通信，本地显示控制和本地操作等。电源及其管理则为设备各板块提供用电。
1.2 可变相位信号的形成
在实际运行中，设备预先设定磁北方向为统一的基准零时刻，中央天线辐射的基准相位信号的初相为零；同时，电子开关的控制，使下边带信号从一号天线开始逆时针模拟旋转辐射，上边带信号从一号天线相对应的天线逆时针模拟旋转辐射。这样，磁北方向的可变相位信号和基准相位信号同相。边带旋转辐射形成的多普勒频移为fd，那么，接收机接收的信号频率为（f0+9960Hz）+fd，而下边带由于和上边带对称辐射，形成的接收频率为（f0-9960 Hz）-fd。这样，多普勒效应在每个边带上引起的频率调制的相位是相同的。
为了同时减少天线阵效应的影响，DVOR4000则使用了两个边带辐射信号[2]。天线阵效应是监视天线、载波天线、边带天线在同一条直线上的瞬间，载波矢量的相位和边带矢量的相位方向上是一致的。但是在其他边带天线辐射时，假如与上述直线成90度角的边带天线辐射边带信号的时候，边带的矢量相位与载波矢量相位是不会重合在一起的，会出现一个夹角，这显然是有害的。对于整个天线阵连续辐射信号时的情景，会看到边带合成矢量围绕着载波矢量，在一定的范围内有规律地“摆动”。如果使用一个边带来辐射，虽然定位上（得到方位信息）问题不大，但是信号的稳定性不好，天线阵效应的影响大。而采用上下边带共同、相对辐射，能够较好地减小这些影响。
1.3 边带天线模拟旋转
为了将固定的边带天线辐射变成与旋转边带辐射等同起来，DVOR4000采用了边带天线模拟旋转的方式。实现方法是在一个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。对于边带信号来讲，每一时刻最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移动，并采取相应的措施，使信号平滑，这样就形成模拟旋转运动。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。
1.4 天线切换系统
载波和边带频率由合成器SYN产生，并将输出信号分配到调制器MOD-110和MOD110P，载波F0信号经调制后送往放大器CA-100用于产生CSB信号。调制器MOD110P则产生上下边带信号，均是未经调制的连续波，边带信号进一步的混合调制和天线切换控制都是由DVOR天线切换单元（ASU）完成。CSB、SB1（USB）、SB2（LSB）由发射机系统产生后，送往天线分配单元，载波CSB经相位监视和控制PMC-D后直接由中央天线辐射出去，将USB和LSB送往混合信号发生器BSG-D进一步处理。BSG-D是ASU单元的控制中心，主要功能是产生天线切换的定时时钟、混合函数、生成工作频率完成与发射机送来的30Hz时钟同步工作等。
为了方便说明，此处把混合函数定义为正弦和余弦波形。余弦混合函数用于奇天线，正弦混合函数用于偶天线。当混合函数达到最小值时就切换到下一个天线。模块化设计的天线切换模块（ASM-D）以开关的形式在50个边带天线间交换信号，其中四个ASM-D用于多路复用混合上下边带信号，五个用于奇天线和另五个用于偶天线的ASM-D通过馈线与天线相连。正弦混合的上下边带信号从偶天线发射，余弦混合函数从奇天线发射。相位和监视控制模块（PMC-D）用于抽取不同的RF相位，由于要两次顺序切换25个天线，所以天线切换控制板（ASC-D）必须产生750Hz的切换频率。每个ASM-D模块的切换命令来自于ASC-D。ASC-D上的频率计数器产生的切换命令与来自工作的发射机（接天线的发射机）的MSG的30 Hz信号同步，并同时与载波信号的30 Hz AM同步。
2 结语
为了更好地保证DVOR设备的高质量运行，我们应该不断加强DVOR设备原理的学习，尤其是CSB、SB1、SB2的辐射方式和原理。导航设备故障千变万化，只有我们在维护和维修过程中将理论和实际设备结合，这样才能又快又好的排除故障，保障飞行安全。
参考文献
[1] 魏光兴.通信、导航、监视设施[M].成都：西南交通大学出版社，2004，6：97-100.
[2] 胡明波.DVOR4000多普勒全向信标[Z].天津：中国民航大学，2005，12.
关键词：DVOR-4000 边带天线 模拟旋转 天线切换
中图分类号：V355 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（b）-0203-01
甚高频全向信标机（very high frequency omnidirectional range），是目前民航界应用较多的近程方位导航设备之一，一般与测距仪配合安装使用，为民航客机提供方位和距离信息。甚高频全向信标的基本功用是为机载VOR接收机提供一个复杂的无线电信号，经机载VOR接收机解调后，测出地面甚高频全向信标台相对于飞机的磁方位——VOR方位，它是以飞机所在位置的磁北方位为基准，顺时针方向转向飞机与地面VOR信标台之间连线的夹角[1]，并直接显示在飞机的无线电磁指示器上（RMI）。
1 DVOR4000系统描述及边带天线的模拟旋转
1.1 DVOR4000系统
DVOR4000系统可概述分为以下几个部分[2]：发射机（Transmitter），天线转换单元（Antenna Switching Unit），天线系统（Antennas），监视及控制（Monitor），本地及远程通信（Local/Remote communication），电源及其管理（Battery Charging Power Supply）。主要模块功能如下，发射机产生送往天线分配系统的三个频率的信号，即CSB、SB1、SB2，以及产生送往天线分配系统的开关控制信号及相关时序。天线分配单元主要功能为产生边带相位的控制信号与监视信号、监视载波匹配、产生天线切换的定时时钟、产生混合函数信号并调制具有功率的边带信号等。监视与控制系统的功能是监视发射的信号，检测可能存在的有害误差或故障，产生预警或告警，逻辑控制发射机。本地及远程通信模块主要完成的功能有通信控制以及各个单元之间的通信，本地显示控制和本地操作等。电源及其管理则为设备各板块提供用电。
1.2 可变相位信号的形成
在实际运行中，设备预先设定磁北方向为统一的基准零时刻，中央天线辐射的基准相位信号的初相为零；同时，电子开关的控制，使下边带信号从一号天线开始逆时针模拟旋转辐射，上边带信号从一号天线相对应的天线逆时针模拟旋转辐射。这样，磁北方向的可变相位信号和基准相位信号同相。边带旋转辐射形成的多普勒频移为fd，那么，接收机接收的信号频率为（f0+9960Hz）+fd，而下边带由于和上边带对称辐射，形成的接收频率为（f0-9960 Hz）-fd。这样，多普勒效应在每个边带上引起的频率调制的相位是相同的。
为了同时减少天线阵效应的影响，DVOR4000则使用了两个边带辐射信号[2]。天线阵效应是监视天线、载波天线、边带天线在同一条直线上的瞬间，载波矢量的相位和边带矢量的相位方向上是一致的。但是在其他边带天线辐射时，假如与上述直线成90度角的边带天线辐射边带信号的时候，边带的矢量相位与载波矢量相位是不会重合在一起的，会出现一个夹角，这显然是有害的。对于整个天线阵连续辐射信号时的情景，会看到边带合成矢量围绕着载波矢量，在一定的范围内有规律地“摆动”。如果使用一个边带来辐射，虽然定位上（得到方位信息）问题不大，但是信号的稳定性不好，天线阵效应的影响大。而采用上下边带共同、相对辐射，能够较好地减小这些影响。
1.3 边带天线模拟旋转
为了将固定的边带天线辐射变成与旋转边带辐射等同起来，DVOR4000采用了边带天线模拟旋转的方式。实现方法是在一个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。对于边带信号来讲，每一时刻最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移动，并采取相应的措施，使信号平滑，这样就形成模拟旋转运动。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。
1.4 天线切换系统
载波和边带频率由合成器SYN产生，并将输出信号分配到调制器MOD-110和MOD110P，载波F0信号经调制后送往放大器CA-100用于产生CSB信号。调制器MOD110P则产生上下边带信号，均是未经调制的连续波，边带信号进一步的混合调制和天线切换控制都是由DVOR天线切换单元（ASU）完成。CSB、SB1（USB）、SB2（LSB）由发射机系统产生后，送往天线分配单元，载波CSB经相位监视和控制PMC-D后直接由中央天线辐射出去，将USB和LSB送往混合信号发生器BSG-D进一步处理。BSG-D是ASU单元的控制中心，主要功能是产生天线切换的定时时钟、混合函数、生成工作频率完成与发射机送来的30Hz时钟同步工作等。
为了方便说明，此处把混合函数定义为正弦和余弦波形。余弦混合函数用于奇天线，正弦混合函数用于偶天线。当混合函数达到最小值时就切换到下一个天线。模块化设计的天线切换模块（ASM-D）以开关的形式在50个边带天线间交换信号，其中四个ASM-D用于多路复用混合上下边带信号，五个用于奇天线和另五个用于偶天线的ASM-D通过馈线与天线相连。正弦混合的上下边带信号从偶天线发射，余弦混合函数从奇天线发射。相位和监视控制模块（PMC-D）用于抽取不同的RF相位，由于要两次顺序切换25个天线，所以天线切换控制板（ASC-D）必须产生750Hz的切换频率。每个ASM-D模块的切换命令来自于ASC-D。ASC-D上的频率计数器产生的切换命令与来自工作的发射机（接天线的发射机）的MSG的30 Hz信号同步，并同时与载波信号的30 Hz AM同步。
2 结语
为了更好地保证DVOR设备的高质量运行，我们应该不断加强DVOR设备原理的学习，尤其是CSB、SB1、SB2的辐射方式和原理。导航设备故障千变万化，只有我们在维护和维修过程中将理论和实际设备结合，这样才能又快又好的排除故障，保障飞行安全。
参考文献
[1] 魏光兴.通信、导航、监视设施[M].成都：西南交通大学出版社，2004，6：97-100.
[2] 胡明波.DVOR4000多普勒全向信标[Z].天津：中国民航大学，2005，12.