CHƯƠNG 3

TRẠM PHÁT VOR MẶT ĐẤT- THÔNG SỐ TIÊU CHUẨN CỦA ĐÀI VOR

I. Phân loại đài VOR1. Đài SVOR ( Standard VOR)

Là đài VOR tiêu chuẩn, ra đời sớm nhất, hoạt động theo dung các tiêu chuẩn của ICAO.

2. Đài CVOR (Conventional VOR)

Là đài VOR theo quy ước. Đây là đài VOR hoạt động với các kỹ thuật hoàn thiện hơn so với thế hệ các đài SVOR.

2.1 Tín hiệu pha chuẩn trong đài CVOR

Trong đài CVOR, đầu tiên sử dụng một tín hiệu âm tần có tần số là 30Hz mang đi điều chế tần số với một tín hiệu gọi là sóng mang phụ, có tần số là 9960 Hz, có chỉ số điều tần là 16. Độ di tần ∆f của tín hiệu FM sẽ là:

∆f = fa *d

fa là tần số của tín hiệu âm tần

d là chỉ số điều tần

Vậy ∆f = 30*16 = 480HZ

Như vậy, sau khi thực hiện điều chế tần số, người ta có một tín hiệu FM là (9960±

480)HZ.

Hình 3-1 trang 21

Tín hiệu FM này sau đó được mang đi điều chế biên độ với sóng mang cao tần của đài VOR, với độ sâu điều chế là 30% và sau đó được cho phát (bức xạ) đẳng hướng ra không gian.

Hình 3-2 trang 21

Nhắc lại: một tín hiệu được phát đẳng hướng ra không gian sẽ có giản đồ bức xạ là hình tròn trong mặt phẳng ngang, mật độ cường độ trường được phân bố đồng đều trong không gian; và người ta sử dụng dấu (+) để biểu diễn cho sự phân bố của cường độ trường này.

Hình 3-3 trang 22

2.2 Tín hiệu pha biến thiên trong đài CVOR

Để tạo được một giản đồ bức xạ hình số 8 quay tròn nhằm có một tín hiệu có pha luôn thay đổi tùy theo góc phương vị xung quanh đài, thực hiện qua các bước sau :

Sử dụng hai tính hiệu có cùng tần số là 30Hz, có pha luôn lệch nhau một góc là 90 độ. Hai tín hiệu này được đặt tên lần lược là tín hiệu thành phân SIN và tín hiệu thành phần COS. (hay còn được gọi là tín hiệu SIN hay tín hiệu COS).

Hình 3-4 trang 22

Cả hai tín hiệu SIN và COS được thực hiện điều chế SBO ( Sideband only) với sóng mang cao tần của đài VOR. Ngõ ra của 2 mạch điều chế có dạng sóng như hình 3-5 trang 23.

Cần chú ý trong hình vẽ trên, tại các điểm tín hiệu đi qua điểm 0, luôn luôn có sự đổi pha của tín hiệu cao tần (các điểm có ghi 180 độ RF Phase Shift). Đây là điểm khác biệt lớn nhất cần phải chú ý khi so sánh giữa dạng sóng của một tín hiệu điều chế SBO (điều chế đơn biên) và một tín hiệu điều chế biên độ (AM), khi hệ số điều chế bằng m =1.

Sau đó, cả hai tín hiệu đã được điều chế SBO này được cho qua hai mạch chia công suất để có hai thành phần đồng biên ngược pha cho mỗi tín hiệu.

Hình 3-6 trang 24

Sauk hi qua mạch chia, các thành phần đồng biên ngược pha của mỗi tín hiệu sẽ được cấp cho hai anten phát. Các anten trong mỗi cặp anten được bố trí đối xứng nhau và vuông góc với nhau giữa hai cặp anten. Giản đồ bức xạ của mỗi tín hiệu sẽ là hình số 8.

Chú ý : cả hai tín hiệu SIN và COS được cấp cho hai cặp anten một cách đồng thời mà không phải là lần lượt.

Hình 3-8 trang 25

Qua việc phân tích chu kỳ của tín hiệu thành phần SIN và COS, ta có thể thấy rõ cách để tạo ra một giản đồ bức xạ hình số 8 quay tròn để có pha tín hiệu thay đổi tùy thuộc vào góc phương vị xung quanh đài.

Tín hiệu pha chuẩn với giản đồ bức xạ là hình tròn và tín hiệu pha biến thiên với giản đồ bức xạ là hình số 8 sẽ thực hiện điều chế không gian với nhau, cho ra một giản đồ bức xạ mới gọi là hình LIMACON. Phần nhọn lên của hình LIMACON là do pha (+) của giản đồ bức xạ tổng hợp hình số 8 cộng thêm vào với giản đồ bức xạ hình tròn của tín hiệu pha chuẩn. Ngược lại, phần lõm vào của hình LIMACON là do pha (-) của giản đồ bức xạ tổng hợp hình số 8 trừ bớt đi giản đồ bức xạ hình tròn mà ra.

Hình 3-10 trang 28

Ngõ vào: tín hiệu

SIN hoặc COS đã

điều chế SBO

Mạch chia công suất

Ngõ ra 1: đồng biên, ngược pha với ngõ ra

2

Ngõ ra 2:đồng biên, ngược pha với ngõ ra

1

3. Đài DVOR (Doppler VOR)

Trong loại đài VOR này, người ta ứng dụng hiệu ứng Doppler trong việc tạo ra các tín hiệu trong đài.

3.1 Hiệu ứng Doppler:

Là một hiệu ứng trong đó tần số của tín hiệu thu được sẽ có khác biệt đôi chút so với tần số của nguồn phát nếu như có sự thay đổi về khoảng cách giữa nguồn phát và điểm thu. Điều này có nghĩa rằng nếu khoảng cách giữa hai đầu thu phát là cố định, giữa tần số thu và tần số phát không có chêch lệch. Nếu điểm thu di chuyển đến gần hơn hoặc đi xa ra hơn điểm phát, hoặc ngược lại, tần số của tín hiệu thu được lúc này có một lượng thay đổi so với tần số phát là :

frx = ftx ± fd

frx là tần số của tín hiệu thu

ftx là tần số của tín hiệu phát

fd là lượng dịch tần gây ra bởi hiệu ứng Doppler, còn gọi là tần số Doppler.

Khi điểm thu tiến về gần với điểm phát, người ta có (+fd)

Khi điểm thu đi ra xa điểm phát, người ta có (-fd)

3.2 Tín hiệu pha chuẩn trong đài DVOR

Trong đài DVOR, để tạo ra tín hiệu pha chuẩn, người ta sử dụng một tần số âm tần 30Hz thực hiện điều chế biên độ với sóng mang cao tần của đài rồi phát đẳng hướng tại anten trung tâm.

3.3 Tín hiệu pha biến thiên trong đài DVOR

Tín hiệu biến thiên trong đài DVOR thoạt đầu rất phức tạp. Người ta làm như sau:

Hình 3-11 trang 29

Dùng một cánh tay đòn có chiều dài khoảng 7m, một đầu gắn với cơ cấu quay, đầu còn lại người ta gắn với một anten phát, phát đi một tín hiệu biên tần là (f c ± 9960 Hz). Cánh tay đòn này được cho quay ngược chiều kim đồng hồ, với tốc độ quay là 30Hz. Như vậy, đối với một điểm thu trong không gian, nguồn phát sẽ di chuyển

lúc thì ra xa, lúc thì tiến đến gần điểm thu. Nhờ vào hiệu ứng Doppler, người ta thu được một tín hiệu là (fc 9960 Hz) ± 480Hz. Độ di tần fd này là một hàm số được xác định bởi :

fd =ω×π× λ

ω tốc độ quay của cánh tay đòn mang anten

λ đường kính của vòng quay anten, theo bước sóng.

π3.14

Và chỉ số điều tần được xác định bởi:

d = fd / 30

Theo công thức trên ta thấy : độ di tần tỉ lệ với đường kính của vòng anten phát tín hiệu biên tần, tức là tương ứng với bước sóng của tần số làm việc.

Để dễ dàng cho máy thu trên máy bay tách ra tín hiệu điều tần (9960±480Hz), người ta sẽ lắp thêm một anten tại vị trí trung tâm của vòng anten phát biên tần và phát chỉ có sóng mang mà thôi. Hai tín hiệu sóng mang của anten này và thành phần sóng mang trong tín hiệu biên tần sẽ triệt tiêu lẫn nhau, và máy thu của máy bay sẽ nhận được một tín hiệu điều tần thuần là (9960±480)Hz.

Trong phân loại của đài DVOR, người ta lại phân biệt các trường hợp đài DVOR như sau:

a. Đài SSB – DVOR (Single Sideband DVOR)

Trong chủng loại đài này, người ta chỉ phát đi có một biên tần mà thôi. Điều này giúp cho giảm giá thành của đài DVOR. Các thế hệ đài DVOR ra đời trước tiên được áp dụng kỹ thuật này.

Hình 3-12 trang 31

Với kỹ thuật này, một phổ tần của tín hiệu DVOR cũng được tạo ra như mong muốn trong không gian. Tuy nhiên, trên tín hiệu biên tần lại bị một ảnh hưởng biến điệu biên độ của tín hiệu 30Hz gây ra sai số cho tín hiệu phát của đài. Tại một điểm thu bất kỳ trong không gian, cường độ trường của tín hiệu biên tần là một hàm phụ thuộc vào vị trí của anten trên vòng anten. Một vị trí anten nằm gần điểm

thu hơn sẽ có độ lợi lớn hơn so với vị trí của anten nếu nằm xa hơn. Chính điều này gây ra một tín hiệu biên tần bị điều chế biên độ bởi tín hiệu 30Hz (Hình 3-13 trang 32)

b. Đài DSB-DVOR (Double Sideband DVOR)

Đài DVOR phát cả hai biên tần giảm thiểu được gần như tối đa ảnh hưởng của việc điều chế biên độ tín hiệu biên tần như trong đài SSB-DVOR. Trong chủng loại đài DSB-DVOR này, cả hai biên tần trên và biên tần dưới được phát một cách đồng thời trên hai anten đối xứng nhau trên vòng anten.

Hình 3-14 trang 32

Cả hai anten đối xứng nhau này được chuyển mạch với cùng một tốc độ như nhau (1/30 giây), theo cùng một hướng. Vì cả hai anten nằm gần và anten nằm xa điểm thu được chuyển mạch đồng thời để bức xạ tín hiệu như vậy nên ảnh hưởng của việc điều chế biên độ tín hiệu biên tần được giảm thiểu đến mức tối đa.

c. Đài ASB-DVOR (Alternate Sideband DVOR)

Hình 3-15 trang 33

Đây là một hệ thống đơn giản của chế độ phát cả hai biên tần DSB-DVOR, trong đó cả hai biên tần trên và biên tần dưới cũng đều được cho bức xạ, nhưng mà luân phiên nhau trên hai anten đối xứng nhau trên vòng anten. Hệ thống này sử dụng một số lẻ các anten. Tuy nhiên, trong hệ thống này, vòng lắp đặt anten phải có một đường kính lớn hơn so với thường lệ.

II. Thông số tiêu chuẩn của đài VOR:1. Băng tần số

Đài VOR được cấp phát tần số hoạt động trong băng tần số từ 111,975Mhz đến 117,975Mhz. Các tần số trong băng tần số từ 108Mhz đến 111,975Mhz nếu được cấp phát cho đài VOR phải tuân theo các quy định tại Annex 10. Tần số cao nhất được cấp phát cho đài VOR là 117,950Mhz.

2. Giản cách giữa các kênh

Giản cách tần số giữa các kênh đài VOR là 50Khz, tính từ tần số cao nhất được phát cho đài VOR. Đối với những nơi sử dung giản cách giữa các kênh tần số là 100Khz hoặc 200Khz, dung sai tần số sóng mang cho phép là ±0,005%

3. Các tần số sử dụng

Các tần số sử dụng trong đài VOR bao gồm:

Tần số sóng mang, trong băng tần từ 108Mhz đến 118Mhz Tần số sóng mang phụ : 9960Hz Các tần số 30Hz Tần số đài hiệu : 1020Hz Kênh thoại bao gồm trong băng từ 300Hz÷3000Hz4. Độ sau điều chế Độ sâu điều chế biên độ sóng mang cao tần :30%. Cho phép thay đổi trong

vòng từ 28% đến 32%. Chỉ số điều tần : 16±1 Độ sau điều chế biên độ sóng mang cao tần của đài hiệu: bình thường là

10%. Tại những đài không sử dụng kênh thoại: có thể lên đến 20%. Tại những đài có sử dụng kênh thoại: 5%. Chú ý: nếu phát kênh thoại, không được làm nén kênh đài hiệu.

5. Dung sai Tần số sóng mang ±0,002% đối với các kênh tần số có giản cách 50Khz. Tần số sóng mang ±0,005% đối với các kênh tần số có giản cách 100Khz

hoặc 200Khz. Tần số sóng mang phụ :±1% Các tần số 30Hz: ±1% Tần số đài hiệu : 1020Hz± 50Hz6. Sai số của đài

Độ chính xác của thông tin về phương vị trong một giản đồ bức xạ phân cực ngang do đài VOR phát ra tại một khoảng cách xấp xỉ bốn lần bước sóng và có góc ngẩng là 40 độ đo từ tâm đài VOR là± 2 độ.

7. Tầm phủ

Tầm phủ hay bán kính hoạt động của một đài VOR thông thường phải đề cập kèm theo mực bay của máy bay vì các lý do đã được giải thích trong các môn học cơ sở ( tầm nhìn thẳng trong truyền sóng vô tuyến, ảnh hưởng của mặt đất trong việc truyền sóng vô tuyến…). Các tầm phụ thường được kể đến như sau

Tầm phủ

342 km (185NM)

300 km (160NM)

166,5 km (90NM)

Mực bay

12km (40000feet)

12km(40000feet)

6km(20000feet)

8. Công suất

Với các tầm phủ nêu trên, các công suất phát xạ sẽ lần lượt là +23 dBW, +17dBW và +11dbW để đảm bảo cho các tầm bán kính hoạt động là 342, 300 và 166,5km. Các mức công suất phát xạ này cũng là các mức được sử dụng trong thực tế để dễ dàng trong việc lựa chọn tần số hoạt động và thiết kế thiết bị. Các giá trị này cũng được đưa ra áp dụng trong các hoạt động lập kế hoạch của từng quốc gia.

Một đài VOR có mức công suất phát xạ +23dBW tương đương với một đài VOR phân loại theo “Category A” có công suất phát máy là 200W. Quan hệ giữa công suất phát xạ hiệu dụng (ERP) và công suất phát của thiết bị được cho như ví dụ dưới đây:

VD:

Công suất phát +18dBW

Suy hao đường truyền - 1dB

Độ lợi anten/anten đẳng hướng + 6dB

ERP = +23 dBW

Công suất phát xạ +17 dBW, tức là đài VOR theo “Category B” sẽ có công suất phát là 50W.

9. Cường độ trường

Cường độ trường hoặc mật độ công suất của tín hiệu phát của đài VOR phải thỏa mãn cho hoạt động bay của máy bay của một mực bay thấp nhất và có bán kính hoạt động xa nhất là 90 uV/m hay -107 dBW/m2.

Giá trị cường độ trường này có được dựa trên các tính toán sau:

Độ nhập máy thu của máy bay : -117dBW

Thất thoát trên đường truyền sóng, mất phối hợp trở khảng, độ lợi anten.. +7 dB

Công suất yêu cầu tại anten : = -110 dBW

Một công suất yêu cầu là -100 dBW có được tại 118Mhz với mật độ công suất là -107 dBW/m2 tương đương với 90 uV/m; tức là +39 dB tương ứng với 1uV/m.

Mật độ công suất của một anten phát đẳng hướng được tính như sau:

Pd = Pa - 10log λ2

4 π

Pd mật độ công suất (107 dBW/m2)

Pa Công suất tại điểm thu (dBW)

λ bước sóng (m)

Các giá trị danh định của công suất phát hiệu dụng (ERP –Effective Radiated Power) để đạt được một cường độ trường là 90uV/m, hay-107 dBW/m2 được cho trong biểu đồ hình 3-16 trang 37 dưới đây. Đối với các vị trí lắp đài hoặc địa hình phức tạp, có thể cần thiết phải nâng giá trị ERP lên và ngược lại.

10.Phân cực tín hiệu phát

Phân cực tín hiệu phát của đài VOR phải là phân cực ngang. Giữ cho thành phần phân cực đứng của tín hiệu phát ở mức tối thiểu có thể được.

Mức tối thiểu của thành phần phân cực đứng trong tín hiệu phát của đài VOR không thể xác định bằng một giá trị cụ thể, do đó cần phải bay kiểm tra xác định ảnh hưởng của thành phần này đến độ chính xác trong chỉ báo thông tin phương vị.

Các phương pháp bay kiểm tra để xác định ảnh hưởng của thành phần phân cực đứng đến độ chính xác của thông tin do đài VOR phát ra được trình bày cụ thể trong Annex 10.

III. Phổ tín hiệu phát

Căn cứ vào nguyên lý hoạt động của các chủng loại đài VOR vừa trình bày trong các phần ở trên, có thể vẽ ra được phổ tín hiệu của đài VOR như sau:

1. Phổ tín hiệu đài CVOR

Hình 3-17 trang 38

2. Phổ tín hiệu đài DVOR

Hình 3-18 trang 39