Взаимодействие элементов АФС в процессе формирования диаграммы направленности в форме вращающе кардиоиды

Для понимания принципа построения антенной системы VOR необходимо знать принцип работы радиомаяка VOR-4000. Следует отметить, что в VOR-4000 реализуется фазовый метод углометрии, для чего ВЧ сигнал, излучаемый радиомаяком VOR, модулируется двумя синусоидальными напряжениями с частотой 30 Гц. Причём один сигнал – так называемый сигнал с опорной фазой имеет модулирующую составляющую с неизменной начальной фазой, второй сигнал – с переменной начальной фазой имеет модулирующую составляющую с изменяемой начальной фазой в соответствии с азимутальным направлением излучения сигнала (см. альбом с.3).

Названные сигналы излучаются разными антеннами:

сигнал опорной фазы – всенаправленной антенной;

сигнал переменной фазы – направленной (скрещенными диполями).

Сигналы опорной и переменной фазы принимаются радиоприемным устройством воздушного судна, сравниваются и по величине фазового сдвига определяется направление (пеленг) на радиомаяк. В целях возможности разделения сигналов переменной и опорной фазы в приёмном устройстве ВС в процессе их формирования в передатчике VOR используют различные виды модуляции: амплитудный – для сигнала переменной фазы, частотный – для опорной. Наряду с названными сигналами, радиомаяком излучается дополнительно еще два сигнала – сигнал опознавания и речевой сигнал. Спектр требуемого сигнала имеет вид (см. альбом с.5).

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 строго соответствует направлению излучения относительно Севера.

Создание такой диаграммы направленности, возможно с использованием двух скрещенных вибраторов и всенаправленной антенны (см. альбом с.6).

Для удобства рассуждений одну пару вибраторов – обозначим буквой А, другую буквой В. 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 cos и sin соответственно для вибраторов А и В, где –угловая частота вращения ДНА.

Тогда (см. альбом с.6), в пространстве вокруг оси пересечения вибраторов создается эффект вращения вектора напряженности электрического поля , а вместе с ним и диаграммы направленности. 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 э/магнитное 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”, и запитать его исходным немодулированным ВЧ опорным напряжением, то в результате суммирования полей в одном направлении и вычитания в другом направлении (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 105^о.

3. Создание требуемой диаграммы направленности антенны предполагает точную настройку фазовых соотношений излучающих антенн, как между собой, так и с учетом влияния поверхности земли.