從0開始學導航之VOR（上）

來自專欄民航學習筆記4 人贊了文章

話說上次寫了一篇《從0開始學導航之ADF》，沒想到這樣的純技術文章還真有人看。不過一個飛行員朋友告訴我說，他們其實根本不用ADF。。。。。。

好吧，看來使用者和維護者的視角果然是有很大差距的。那我就直接跳過對於實際ADF天線和NDB的講解吧。剛好有一個朋友點名要我講VOR，那我這次就寫VOR了。

提醒一下，導航系統一定會有接收裝置和發射裝置。本文章主要要講解的是發射裝置，或者說地面台。至於為什麼接受裝置在這裡不做重點講解，我會在後文中說明。

這篇文章按照我的設想會很長，主要分成5個部分:

一、VOR原理簡介

二、VOR導航

三、VOR天線結構

四、CVOR（傳統型）

五、DVOR（多普勒型）

今天只是上篇，只講前3個模塊。

VOR原理簡介

VOR是什麼？我們以A320為例，看一看廠家培訓手冊裡面怎麼說的：

The VOR system is a medium-range radio navigation aid. The VOR

system receives, decodes and processes bearing information from the

omni-directional ground station, working in the frequency range of 108

MHz to 117.95 MHz. The ground VOR station generates a reference

phase signal and a variable phase signal. The phase difference between

these signals, called bearing, is function of the aircraft position with

respect to the ground station. The bearing is the angle between the

magnetic north and the ground station/aircraft axis. Furthermore, the

VOR station provides a Morse identification, which identifies the station.

咳咳，就是說VOR是一種中距離無線電導航輔助設備。工作頻段為108兆赫茲到117.95兆赫茲。VOR台會發給飛機一個摩斯代碼表明身份。至於中間說的內容換個形象點的比喻就是「燈塔」。

燈塔會射出一道不停旋轉的白光。每當燈塔轉到或者說轉過正北方向（磁北），一盞綠燈就會亮起。

假設這個白光的旋轉速度是60秒一圈（1rpm），從綠燈閃爍到你被白光照射到的時間就可以用來計算你相對「燈塔」的方位角。這裡計算的實際上是時間差，前提是知道白光的轉速。

把上面的圖稍微加工一下：

也就是說實際的VOR上，它有兩個和這個比喻相對應的信號：一個是參考信號（綠光），它的相位在所有方向上永遠不變；另一個是變化信號（白光），它的相位會隨著方位的變化而變化。飛機上的VOR天線通過接受這兩個信號，然後計算這兩個信號之間的相位差來計算飛機相對於VOR台的方位。（GIF中最終合成的信號就是這個蚶線（Limacon）或者說心形線。蚶線以及中間的「8」字型線和外面一圈黑線代表的含義都會在後文中說明。）

先來看一道執照考試題：有一架飛機的VOR方位為45o、航向為0o、預選航道為330o。請問飛機的航道偏離桿和指示以下正確的是？

A 向右 背台

B 向右 向台　　

C 向左 背台

D 向左 向台

首先，要解決這個問題，你要對各種角度有一個概念：

然後，我們用luizmonteiro模擬一下：

所以答案是B，非常明確。因為飛機在紫色To區域，即向台；航道在飛機的右側，所以偏離桿一定是向右（說白了你自己設定好了往哪裡飛，所有指示就是告訴你，你應該往哪裡飛）。

VOR就是告訴你飛機和它的相對位置（一般VOR會搭一個DME，角度加距離，直接得出位置）。你看我不管如何改變航向，VOR始終都是向台。

所以要解決這種導航問題，沒有什麼是一個模擬器解決不了的。如果有，那就再模擬一次。

當我們以一種半實踐的方式解決了這個問題之後，再讓我們回歸理論，看看書上怎麼說的：

這裡唯一要注意的就是預選航道30度和210度是兩個概念。你可以自己畫一下圖，理解成圓的兩個半徑。

至於另一種說法，其實也是一個道理（我覺得書上的描述方式不太好）。它就是通過相位調節，假裝預選航道是0度，然後過VOR台畫一條垂直線。-90度到90度之間（看書上的那個波形圖）都是背台；對面那一半就是向台。

現在再來看這張圖應該就清楚多了。

我覺得VOR導航的問題基本就是向背台和偏離桿這兩個，關鍵還是要理解各種角度的定義。當然，作為地面維護人員，視角有限，歡迎各路大神在評論區指點。

VOR天線結構

現如今，我們見到的大多數VOR都是長這個樣子的：

圖片中，中間的那根，加上外面這一圈圓錘狀的東西就是VOR的主體單元了（旁邊那根最細最長的是DME天線）。

攝像大哥，麻煩給個近景 。

紅色虛線圈裡面的就是VOR了。通常來說，這個蓋子或者說天線罩（radome）是用玻璃纖維做的，可以用來防止雨雪冰雹之類的外來傷害。

我們打開這個蓋子之後，你會看到裡面長這樣：

本質上來說，VOR的發射天線就是個環形天線。不過千萬別想歪，不是我們在《從0開始學導航之ADF》中所討論的環形天線。它的全名叫Alford Loop Antenna。有興趣的朋友可以搜一搜Andrew Alford，大神級別的人物，Salute！

如果對天線熟悉的話，你會發現其實這個Alford Loop Antenna可以看做兩個連接在一起的偶極天線（dipole）。

之所以在末端處將天線往裡面折一部分是為了在兩個極板間形成一個電容。如果沒有這個電容，那麼它的電場分布就會是這樣的：

所以這兩個電容存在的意義就是：

1.天線周圍分布的電流均值更高，從而使天線產生更多的有效輻射（efficient radiation）；

2.可以通過調節電容（tuning plates）來調節天線的工作頻率（其實天線發射信號，或者說電磁波的產生，本質上就是一個LC振蕩電路）；

下面是發明者申請專利時畫的示意圖，圖中的電場分布很好的展示了電容的作用。

這裡要注意VOR和ADF/NDB的區別。ADF接收的，或者NDB發出來的電磁波是垂直極化波。因為ADF使用的波是長距離使用的地波（ground wave），通過衍射等方式傳輸至遠方。而大地是良導體，如果用水平極化波的話，電磁波的電場矢量平行於大地，會在大地表面產生極化電流（電場讓電子跑了起來）產生熱能而使電場信號迅速衰減。而VOR用的是VHF甚高頻，line of sight。所以電磁波的極化方向或者說方式是由電磁波的不同特性和應用場景決定的。

以上就是整個VOR天線能夠產生水平極化波的根本性原因，也是這個Omnidirectional的硬體基礎。

寫在最後的話

OK，這就是今天的所有內容，應該把基本的東西給說清楚了，好像有點無聊。。。。。。

至於具體的信號發生原理留待下篇去解決。也許期間會出點基礎性的東西，比如天線是怎麼發出信號的，什麼是AM和FM，各種各樣的天線等等。畢竟沒有這些基礎知識，你甚至都很難理解ADF、VOR這種「古老」的導航工具。

希望我可以堅持寫下去，各位下期見，拜了個拜。

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