1 Capitulo 2 - Modulacion Espacial I El VOR

Modulacin Espacial I: El VOR

22.1.- CONCEPTO DE MODULACIN ESPACIAL La modulacin espacial consiste en sumar, en el punto de recepcin, campos electromagnticos (EEM) radiados por caminos separados pero de frecuencia coherente. Uno de estos campos est compuesto de frecuencia de portadora (PBL) que est modulada en amplitud, por las bandas laterales correspondientes. El otro, campo de banda lateral (BL), est constituido nicamente por una seal de banda lateral combinada, que resulta de suprimir la senoide de portadora de una modulacin de amplitud. Se modula en amplitud al recibirse PBL (seal senoidal de portadora y sus propias bandas laterales) y BL (seal de banda lateral combinada coherente) en cualquier punto del volumen de cobertura Se produce esta modulacin como consecuencia de la superposicin de estos campos EEM de portadora y banda lateral. Esta tcnica es la base en la que se apoyan el ILS y VOR, componentes del SNA, que veremos ms adelante. La singularidad de este tipo de modulacin en amplitud en el espacio, es que, al seguir caminos distintos las radiofrecuencias correspondientes, sus seales no se encuentran necesariamente en fase, producindose una degradacin de la modulacin resultante. En una modulacin clsica de amplitud producida por una seal moduladora senoidal, la expresin matemtica de la seal resultante es: (2.1)

MODULACIN ESPACIAL I: EL VOR

Donde: m= Em= Ep = m = 0 = Em/Ep, ndice de modulacin Amplitud de la moduladora Amplitud de la portadora Pulsacin de la moduladora Pulsacin de la portadora.

Desarrollando la expresin (2.1), se tiene: (2.2) En donde P es la portadora, BLC la banda lateral combinada compuesta por BLS y BLI, bandas laterales superior e inferior, respectivamente. Desarrollando la ecuacin (2.2) se tiene: (2.3)

operando la ecuacin (2.3) se obtiene: (2.4)

Donde: Es = amplitud mxima de la banda lateral. = desfase de r.f. entre PBL y BL. En este caso, podemos considerar dos bandas laterales combinadas, una en fase con la portadora (BLC1) y otra con desfase de 90, en cuadratura, (BLC2). La BLC1 representa una modulacin en amplitud de tipo clsico (amplitud resultante se repite cada ciclo de m) y la BLC2, representa una variacin de amplitud residual de frecuencia doble (la amplitud se repite cada medio ciclo de m), a la correspondiente seal moduladora. Esta seal moduladora es la seal con ms baja frecuencia y contiene la informacin atransmitir)

Como la seal en banda base al ser modulada en amplitud ha duplicado su ancho de banda al desdoblarse en dos bandas laterales, la eficiencia espectral que tiene es slo del 50%.

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Desde el punto de vista de las "seales de navegacin", el efecto de BLC2 puede despreciarse al estar filtrada en el receptor. As pues, el ndice de modulacin efectiva en el punto de recepcin es: (2.5) Lo que indica que, cuando se logra la coincidencia de fase entre PBL y BLC la modulacin espacial resultante consigue su mximo rendimiento (=0) y, por el contrario, cuando stas se encuentran en cuadratura (=/2) no se produce modulacin aunque subsiste una modulacin residual de pulsacin doble a la de la frecuencia moduladora.

2.2.- SEALES DEL VOR EN EL ESPACIO. El radiofaro ominidireccional de VHF (VOR Very High Frecuency Omnidirectional Range) es un equipo de ayuda a la navegacin en distancias medias (VOR de ruta) y cortas (TVOR VOR terminal). El sistema fue adoptado como estndar para la navegacin por EEUU y por OACI. La informacin suministrada por el transmisor es singular en cada direccin y, una vez decodificada, permite conocer el radial en que est ubicado el receptor, respecto de una direccin de referencia (normalmente el norte magntico) El transmisor genera dos seales de navegacin de 30 Hz cuya diferencia de fase constituye el acimut del radial sobre el que se encuentra el receptor correspondiente.

La seal del VOR est compuesta por una portadora modulada en amplitud por: - Las seales de navegacin (Snav). - Seal de identificacin (Sid). - Seal radiotelefnica (Srt) (opcional) a) Seales de Navegacin: Consiste en dos seales de 30Hz, una de ellas (30Hz FM) modula en frecuencia a una subportadora (9960 Hz) que modula, a su vez, a la portadora en amplitud con un ndice nominal del 0.3. La otra es tambin de 30Hz, coherentes con los anteriores, (30Hz AM) que modula directamente en amplitud a la portadora con un ndice nominal del 0.3. Matemticamente el conjunto de estas seales puede ponerse en la forma:

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Donde: Ep= 0 = Amplitud de la portadora. (0t+ 0), 0 pulsacin y 0 fase inicial de portadora.

m1= ndice de modulacin de la subportadora de 9960 Hz (nominalmente 0.3) m2= ndice de modulacin de los 30 Hz AM (nominalmente 0.3) 2= (2t+ 2), 2 pulsacin y 2 fase inicial de 30 Hz AM. 1= (s+ssenm) s= (st+1), s pulsacin y 1 fase inicial de subportadora. s= ndice de desviacin de frecuencia (nominalmente 16 radianes 480Hz). m= (mt+m), m pulsacin y m fase inicial de 30Hz FM. La informacin suministrada a la salida de un receptor VOR es, en condiciones ideales:

Relacin que liga las fases iniciales de las seales de 30Hz. siendo el acimut magntico respecto a la estacin terrestre. La forma de cumplir este requisito se consigue haciendo que la fase de una de ellas sea independiente del acimut (seal de referencia, REF), mientras que la fase de la otra seal debe de variar con el acimut (seal variable, VAR). La variacin de la fase con el acimut se consigue a partir de sistemas radiantes estticos simulando antenas giratorias. Dependiendo de a qu seal se imponga la condicin de seal de referencia tendremos el VOR Convencional (CVOR) o el Doppler (DVOR).

FAMILIA VOR CVOR DVOR

SEAL REF 30 HZ FM 30 HZ AM VAR 30 HZ AM 30 HZ FM

FASE 1 CTE. 2+ 2 1- CTE.

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Vemos que la fase de la seal VAR en el CVOR est retrasada respecto de la fase de referencia (REF), mientras que en el DVOR la fase de la seal VAR (1) est adelantada con respecto a la fase de la seal REF (2) An as, la informacin que se obtiene desde el VOR es la misma . b) Seal de Identificacin. Consiste en un tono de 1020 Hz que modula en amplitud a la portadora cuando se activa en intervalos de tiempo correspondientes a puntos y rayas (2 3 letras indicativas de la estacin codificadas segn el cdigo Morse internacional)

Siendo: Ep, Amplitud de la portadora. 0= (0t+0), 0 pulsacin y 0 fase inicial de portadora. mID= ndice de modulacin AM, del 0.1% al 10% ID= (IDt+ID), ID pulsacin y ID fase del tono de identificacin de 1020 Hz. c) Seal Radiotelefnica (en desuso) La portadora se modulara en AM, como mximo, al 30 %, con un ancho de banda a -3db (desde 300 a 3000Hz) con relacin a un tono de 1Khz. Un esquema del espectro de frecuencias de este conjunto de seales se indica en la figura 2.2.Amplitud PORTADORA fo

SUBPORTADORA

30Hz am

-9960Hz 480Hz

-30Hz

+30Hz

+9960Hz 480Hz

-1020Hz

+1020HzIDENTIFICACION

Frecuencia

Fig. 2.2.- Espectro de seales del VOR

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2.3.- VOR CONVENCIONAL O CVOR. El VOR convencional est constituido por un transmisor con un diagrama de bloques:OSCILADOR RF fo AMPLIFICADOR MODULADOR DIVISOR DE SEAL PBL FASADOR OSCILADOR 1020HZ. 1020Hz 10Khz FM RF BF

GEN. DE CODIGOS

MODULADOR DE FM

SUPRESOR DE MODULACION fo A LA ANTENA BLA

DEFASADOR DE +45 OSCILADOR DE 10KHZ DIVISOR POR 332 GONIOMETRO 30HZ DEFASADOR DE -45

BLB

Fig. 2.3.- Diagrama de bloques de un transmisor de CVOR tpico En l se observa que la portadora (f0) es modulada en amplitud por la seal de 9960 Hz (10KHz) que est previamente modulada en frecuencia por la seal 30 Hz de referencia (REF) Antes de llegar al circuito de antena (que permite la radiacin de forma no direccional de la seal PBL), se toma una muestra de esta seal, ya modulada, para alimentar de radiofrecuencia el canal de bandas laterales. En este caso, la modulacin se suprime antes de atacar a los dos moduladores generadores de banda lateral combinada (BLCA y BLCB) Las entradas de baja frecuencia de estos moduladores son de 30 Hz que se encuentran, entre s, en cuadratura de fase, una adelantada /4 respecto de la 30Hz de referencia (BLCA) y la otra (BLCB) retrasada esos mismos radianes (-/4) respecto de dicha seal de referencia:

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El conjunto de seales de 30Hz puede ser presentado fasorialmente tal como indica la figura 2.4.30Hz de referencia(REF)

Envolvente de la BLC del DDR B

Envolvente de la(BLB)

BLC del DDR A /4

(BLA)

- /4

Fig. 2.4.- Relacin de fases entre las tres seales de navegacin de 30 Hz del CVOR La BLCA y BLCB, correspondientes a la seal variable (VAR), se transmiten a travs de diagramas de radiacin bidireccionales orientados segn el eje NE/SO ( ) y NO/SE ( ) respectivamente respecto del norte magntico de la estacin, en la forma que indica la fig.2.5.(a). El funcionamiento correcto exige que la forma de los DDR (diagramas de radiacin), sobre el plano de superficie, debe responder a la expresin cos, tomando desde la direccin de mxima radiacin. Es decir, para el caso presentado en la Fig. 2.5.(a), en funcin del acimut del radial se tendr:

(2.6)

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Siendo E0 la mxima amplitud del DDRNM

IMAG.

BLCA( ) BLCB( ) + +

CAMPO RESULTANTE

- /4 BLCB( )0

BLCA( ) + /4REAL

BLCB

-

BLCA

(a)

(b)

Fig. 2.5.- Diagramas de radiacin de las bandas laterales BLCA y BLCB (a) y campo en un radial cualquiera (b). Ahora bien, si consideramos que las amplitudes relativas a las envolventes de la seal de RF de ambas bandas laterales (BLCA y BLCB) deben ser iguales y que estn en cuadratura de fase se tiene en el ngulo las siguientes relaciones fasoriales:

cuya suma dar lugar a una BLC resultante cuya amplitud es segn la Fig. 2.5.(b):

y cuya fase, respecto del eje OY, es:

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Sustituyendo BLCA y BLCB por sus valores se tiene:

de donde se deduce que:

El desarrollo anterior muestra que si las envolventes de las bandas laterales estn en cuadratura de fase y los DDR tienen lbulos de forma circular, la combinacin resultante da una BLC de mdulo independiente de con que es su fase elctrica en retraso, (el acimut del radial en donde est ubicado el punto de recepcin) Segn esto, la seal BLC, al sumarse a la portadora, contenida en PBL y transmitida de forma no direccional, constituye una modulacin en amplitud de 30Hz con fase respecto de las de 30Hz FM en retraso de valor . Desde otra perspectiva puede concebirse la suma, en el espacio, de los DDR de BLCA y BLCB, como un nico DDR, de la misma forma que sus componentes, girando en sentido de las agujas del reloj a 30 Hz, como si fuese un DDR bidireccional dinmico. La condicin VOR exige que en el norte magntico, origen de acimuts, las seales REF y VAR estn en fase. Para configurar los DDR capaces de producir la modulacin espacial apropiada, se utilizan sistemas radiantes diferentes, siendo las ms comunes:

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- 4 cuadros Alford - Antena de cuatro ranuras. La antena de "4 cuadros Alford" tiene la forma que se indica en la Fig. 2.6.

RED DE DISTRIBUCIN DE ANTENAS

ANTENA SUROESTE PBL + BLA

BLA PUENTES DE RF ANTENA NORESTE PBL + BLA ANTENA NOROESTE PBL + BLB

PBL TRANSMISOR

BLB

ANTENA SURESTE PBL + BLB

(a)

CIRCULACIN DE CORRIENTES

Alimentacin simtrica (b) Fig. 2.6.- Red de distribucin de un sistema radiante de cuadros Alford (a) Representacin esquemtica de una antena Alford (b)

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La antena de cuatro cuadros Alford tiene asociada una red de distribucin de seales de la forma que se presenta esquemticamente en la Fig. 2.6.(a) y siendo cada cuadro de la forma que se presenta en la Fig. 2.6.(b) En general, la separacin entre antenas NE/SO y NO/SE es lo ms pequea posible (55 elctricos) con el objeto que el seno y el arco sean similares y conseguir as lbulos de los DDR de forma circular. El DDR sobre el plano horizontal de un elemento de antena es no direccional y su polarizacin horizontal. Los puentes de RF de la red de distribucin sirven para dividir y mezclar de manera apropiada las seales de PBL, BLCA y BLCB que se radian. Para PBL el conjunto est alimentando en fase a las cuatro antenas, dando lugar a un conjunto de dos pares de antenas en fase, cuyos DDR respectivos vienen establecidos por las expresiones:

para los pares NE/SO y NO/SE respectivamente, donde d es la semidistancia que separa a los pares de antenas. En un acimut cualquiera la suma es:

(2.7) siempre que d sea suficientemente pequea para poder hacer esta aproximacin. Este resultado indica que la alimentacin en fase a las cuatro antenas de PBL es independiente de , tanto en lo que se refiere a su amplitud como a su fase. Para el campo de BLCA y BLCB las salidas del puente dan un cambio de fase de 180, alimentando a los pares NE/SO y NO/SE, respectivamente, en oposicin de fase. Los DDR respectivos corresponden a un par de antenas alimentado en oposicin de fase que, si la distancia entre antenas es pequea respecto de la longitud de onda, responden a las expresiones (2.6.). El otro sistema radiante ms utilizado para un CVOR es el denominado antena de cuatro ranuras Cada ranura, orientadas NE/SO y NO/SE, es rectangular con aletas a lo largo de los bordes verticales para producir una carga capacitiva.

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CAPACIDAD DE COMPENSACION

/4

/4

/4

/4

NO

SO

SE

NE

RANURAS

0.01

/4

/4

/4

/4

NO

NE

AJUSTES INDUCTIVOS

SO

SE

3/8 CONDENSADORES DE ADAPTACION

3/8

(a)

(b)

Fig. 2.7.- Representacin simplificada de una antena de cuatro ranuras (a). Circuito elctrico de alimentacin con las ranuras desarrolladas sobre el plano del dibujo (b).

Para acoplar, sin prdidas, la energa de RF a la carga que representa la antena se utilizan tres lneas de transmisin. Cada una de las tres lneas, de PBL y BLA y BLB, presenta una carga de 50 a las salidas del transmisor. En la parte superior las ranuras son excitadas por PBL a travs de 4 lneas de transmisin de 200, formadas por conductores abiertos de /4 de longitud. Como estas lneas alimentan a las ranuras en fase, se produce un campo compuesto de cuatro lbulos, en fase, de forma circular, dando lugar a un DDR global no direccional. La reactancia inductiva, que reflejan las cargas capacitivas de las ranuras en el punto de entronque, se compensa con la capacidad formada por el disco de distribucin y la placa situada en su parte superior.

En la parte inferior, cada lnea de transmisin, alimenta en oposicin a las ranuras y refleja su carga proporcionando una carga resultante de 75 a cada lnea de alimentacin de bandas laterales (BLCA y BLCB). El desacoplo de impedancias entre las cargas resultantes (75) y la impedancia caracterstica de la lnea (50) se resuelve buscando a 3/8 un punto de impedancia con la

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parte resistiva 50, cuya parte inductiva es cancelada por un condensador en paralelo de capacidad ajustable. El CVOR, , exige unos requisitos de emplazamiento muy restrictivos, en relacin a los obstculos debido fundamentalmente a que la informacin de guiado est contenida en la seal VAR generada por medio de un DDR giratorio de caractersticas directivas En algunos manuales, al conjunto que genera las tres radiofrecuencias moduladas (PBL, BLCA y BLCB) a partir de una seal de 30 Hz y de una radiofrecuencia de portadora sin modular se le denomina gonimetro+ -

BLA rf GONIOMETRO BLB rf BLC

30Hz

30Hz

(a)

(b)

Fig. 2.8.- Representacin simplificada de un Gonimetro (a) y circuito generador de banda lateral combinada (b). En los equipos actuales todo el conjunto es electrnico, siendo el circuito ms singular el generador de bandas laterales, a partir de la RF y de los 30 Hz.

2.4.- VOR DOPPLER O DVOR El DVOR es una versin refinada del CVOR para garantizar la calidad de la seal de guiado, an en presencia de obstculos que provocaran perturbaciones inaceptables en la informacin de guiado procedente de un CVOR. Las mejoras que introduce el DVOR estn basadas en:

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- La informacin de guiado est contenida en una modulacin en FM (mayor proteccin frente al ruido)y emitida por antenas opuestas (BLS y BLI) girando a 30 ciclos por segundo (diversidad en espacio) - Las seales REF y VAR son emitidas por DDR no direccionales. -. - Efecto Doppler como principio de funcionamiento. El sistema radiante del DVOR est constituido por una antena central o de PBL y un conjunto de antenas dispuestas en un anillo de forma simtrica (cuyo nmero puede oscilar entre 36 y 50o antenas de BL.

2.4.1.- Seales en el Espacio DVOR. Consideremos el esquema de la figura 2.9 que representa la situacin de las antenas de un DVOR en un instante determinado.NM

aP aP

m

A1 fo+fs fo AoR

aP

A2 fo-fs

m

Fig. 2.9.- Seales de RF radiadas por un DVOR.

Consideremos que el DVOR genera una seal de BLC dada por la expresin:

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La antena central A0 emite la seal de referencia, modulando directamente a la portadora, mientras que las antenas A1 y A2 transmiten las seales BLS y BLI:

La tabla siguiente indica las seales emitidas por cada antena, su expresin matemtica y su denominacin, en donde la antena A0 significa la antena central y, A1 y A2 representan las antenas perifricas que giran a 1800rpm en sentido anti-horario.ANTENA A0 A1 A2 SEAL RADIADA Ep(1+m2sen2)sen0 E1/2*sen(0+s-/2) E1/2*sen(0-s+/2) DENOMINACIN REF BLS BLI

A1 y A2 radian una seal con amplitud, frecuencia y fase constantes, sin modular. Las seales recibidas por un receptor situado en el campo lejano, tomando como centro de fases la antena A0, sern:

(2.8)

De la geometra de la fig. 2.9 se obtiene:

Pero como las antenas giran en sentido anti-horario a la velocidad angular de 30 Hz se puede poner: (2.10) donde:

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0= m=

valor inicial del ngulo . pulsacin correspondiente a la seal de 30 Hz

Sustituyendo la ecuacin (2.10) en (2.8) se tiene: (2.11)

Las expresiones 2/s y 2/i se pueden poner de la forma:

(2.12)

Sustituyendo (2.11) y (2.12) en (2.8) se obtiene:

La seal resultante ser:

que se puede escribir de la forma: *

y aproximarse por: (2.13)

Si se hace que: y

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donde:

1=-0+/2+

(2.14).

La expresin (2.13) se puede poner como:

y como 1=s+ssenm, resulta:

La condicin VOR (=1-2) se obtiene a partir de la relacin (2.14) anterior:

Como puede observarse, la ecuacin (2.13) representa una banda lateral combinada cuya pulsacin de portadora es 0 y la seal moduladora tiene una pulsacin central de s y una desviacin mxima R0/c que se produce cuando las antenas del anillo se orientan sobre un eje perpendicular a la direccin en la que se encuentra punto P. El valor de R, radio del anillo, se determinar de la ecuacin:

Sabiendo que: c:velocidad de la luz. 0 : pulsacin de portadora ( entre 108 y 118MHz) s: desviacin de frecuencia (16 radianes 480 Hz)

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El valor que se obtiene para R es de 6,75m que se considera invariable y se determina el valor de s para el margen de frecuencias, comprendido entre 108 y 118MHz. As se obtienen unas desviaciones de fase de 15,25 a 16,68 radianes(lmites que estn dentro de los mrgenes de tolerancia admitidos por la OACI en su anexo 10)

BF RF

MODULADOR AM GENERADOR DE SEALES DE RF. fo

ANTENA CENTRAL

fo+fs fo-fs TRATAMIENTO DE LAS SEALES DE RF

SISTEMA DE CONMUTACION DE ANTENAS

FRECUENCIA DE REFERENCIA.

ENV. DE B 30Hz

ENVOLVENTE DE A CA/CB ANILLO DE ANTENAS

GENERADOR DE SEALES DIGITALES Y DE BF. ASI/BSI

Fig. 2.10.- Diagrama general de bloques de un DVOR

Segn el diagrama general de bloques de un DVOR representado en la Fig. 2.10,el generador de las seales de radiofrecuencia, en general dispone de dos frecuencias maestras f0 de portadora y fr, siendo esta ltima una frecuencia mltiplo entre otras de fs (seal de subportadora o 9960 Hz) Un esquema ms detallado para el generador de seales de R.F. es el que se presenta la fig. 2.11.

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Oscilador a cristal

RF BF

foOsciladores controlados por tensin

fo+fs VCO

10kHZ

Circuito de Control Circuito de Control

VCO

10kHZ

fo-fs

fsfr

fr/N

Discriminadores de fase

Generador de seales de baja frecuencia digitales

Fig. 2.11.- Esquema del generador de seales de radiofrecuencia

Existen dos frecuencias independientes f0 y fs = fr/N. Los dos osciladores controlados por tensin (VCO'S) tienen como frecuencias nominales o centrales a f0+fs y f0-fs. La frecuencia f0 se introduce en discriminadores de fase cuyas otras entradas son las bandas laterales superior (f0+fs) e inferior (f0-fs), por lo que se tendrn salidas de una frecuencia en torno a fs. Estas seales son, de nuevo, introducidas a otro discriminador de baja frecuencia cuya otra entrada es una seal obtenida al dividir la frecuencia de referencia fr= Nfs por N, es decir la fs. A la salida de estos discriminadores se tiene una seal de control, que puede ser oscilante si no existe coherencia en las frecuencias anteriores o que, una vez establecida la coherencia, representa el deslizamiento de fases entre ellas. Se producen tensiones que actan sobre los osciladores controlados por tensin consiguiendo un enclavamiento permanente y automtico de las frecuencias. Las seales de BLS y BLI producidas por el generador de seales de R.F. se manipulan en amplitud (blending) para que: adopten la configuracin apropiada para alimentar las antenas en anillo no produzcan una alimentacin de seal brusca a las antenas perifricas cuando stas se activan, conectndose al circuito de R.F. se minimicen las radiaciones espreas que resultaran de la transmisin de pulsos

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rectangulares de R.F. de BLS y BLI al conmutar las antenas la simulacin del giro de las antenas perifricas sea lo ms precisa posible

Para ello, las seales de bandas laterales BLS y BLI se desdoblan para configurar 4 seales. As, la energa radiada por una antena evoluciona suavemente, de tal forma que a partir de un mximo, la disminucin de la energa radiada por esa antena est compensada por el inicio de la radiacin de la contigua en sentido antihorario. As, las antenas se agrupan en pares e impares y son alimentadas sucesivamente por R.F. Como la velocidad angular equivalente al giro de las antenas es de 30Hz, y cada antena se activa dos veces en un revolucin (una con BLS y otra con BLI) el tiempo de activacin de cada antena (Ta) ser:

(2.14) siendo Na el nmero par de antenas del anillo La forma de la envolvente de BLS y BLI depende del modelo de transmisor. Por ltimo, el generador de seales de BF y digitales, genera la frecuencia de referencia (fr) que es un mltiplo de los 10Khz de fs . Por divisiones sucesivas de esta frecuencia, genera las evolventes para las bandas laterales superior e inferior y las seales digitales de control para el circuito de conmutacin de antenas.

2.5.- EQUIPO DE A BORDO VOR El equipo embarcado VOR es el encargado de recibir, procesar y presentar la informacin proporcionada por la estacin de tierra para su explotacin en forma manual (piloto) o en forma automtica (piloto automtico)

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Antena y lnea de transmisin

Receptor

Unidad indicadora

Unidad selectora

Fig. 2.14.- Diagrama de bloques general del equipo de a bordo VOR 2.5.1.- Antena y lnea de transmisin. La antena es la encargada de recibir la informacin procedente de la estacin de tierra si cumple con los siguientes requisitos: - Banda de trabajo desde 108 a 118Mhz - Polarizacin horizontal - DDR preferiblemente omnidireccional en el plano horizontal La situacin de la antena es generalmente el estabilizador vertical y est constituida por ranuras situadas a ambos lados del estabilizador para proporcionar un DDR lo ms omnidireccional posible. Esta antena puede compartirse con el subsistema localizador del ILS, a excepcin de las aeronaves certificadas para operaciones en CAT II/III .Por su parte, la lnea de transmisin es normalmente coaxial, de unos 50 de impedancia (caracterstica de bajas prdidas) 2.5.2.- Unidad selectora. Esta unidad ubicada en la cabina permite al realizar las siguientes funciones: - Encendido/apagado del equipo. - Seleccionar la frecuencia de trabajo de una estacin VOR. - Seleccionar de forma automtica el canal DME asociado a la frecuencia VOR. - Iniciar la prueba de funcionamiento del receptor de a bordo mediante un pulsador de BITE (Built in Test Equipment) y presentar el resultado de la misma.

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- Aumentar o disminuir el volumen de la seal de identificacin de la estacin seleccionada para ser escuchada por el piloto.

2.5.3.- Receptor/Procesador. El receptor es del tipo clsico superheterodino de simple o doble conversin y su misin es proporcionar al procesador las seales que modulan en amplitud a la portadora.ANTENA

AMPLIFICADOR RF

MEZCLADOR

AMPLIFICADOR FI

DETECTOR PROCESADOR

OSCILADOR LOCAL

UNIDAD SELECTORA

RECEPTOR

Fig. 2.15.- Diagrama de Bloques del Receptor VOR La frecuencia seleccionada por el selector fija la frecuencia de oscilacin del oscilador local y la sintona del amplificador de R.F. Al mezclador llegan las seales procedentes del amplificador de R.F. y del oscilador local. Del complejo de seales producidas, selecciona la que corresponde a la frecuencia intermedia (FI) a travs del correspondiente filtro "pasa banda". El amplificador de FI eleva el nivel de la seal correspondiente a la frecuencia intermedia. La salida del amplificador de FI se aplica al demodulador o detector de AM, quin produce a la salida las seales moduladoras que se envan al procesador. El procesador tiene como misin la separacin de las seales de REF, VAR e IDENT, as como la comparacin de fases de las seales de navegacin de 30Hz para la obtencin de informacin til a las funciones de navegacin y guiado del piloto.

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DEL R ECEPTOR

IDEN TIFIC ACIN

DESFASADOR 1020Hz

DESFASADOR DE 90 COMPARADOR DE FASESSELECTOR DE RADIALES

30Hz

TO/FROM

COMPARADOR DE FASES 10Khz COMPARADOR DE FASESSERVOMOTOR

DESVIACION

BANDERA

UNIDAD INDICADORA

(HSI) DISCRIMINADOR DESFASADOR SINCRO DIFERENCIAL RUMBO

MOVER LIMBO

NM

MOVER AG UJA

rumbo- vor

rumbo vor

UNIDAD INDICADORA (RMI)

Fig. 2.16.- Diagrama de Bloques del Procesador VOR Las seales demoduladas, entregadas por el receptor, son separadas entre s mediante filtros, consiguiendo: - Seal de 1020Hz de identificacin, enviada al sistema integrado de audio para ser escuchada por el piloto. - Seal de 30Hz que modula directamente en amplitud a la portadora. Se procede a la comparacin de fases de estas dos seales de navegacin para obtener informacin de navegacin y guiado.- Seal de subportadora de 9960Hz modulada en frecuencia por los 30Hz FM y que modula en amplitud a la portadora (la discriminamos para recuperar los 30 Hz FM). Para la funcin navegacin se desfasa la seal de 30Hz FM un ngulo determinado por el giro de un servomotor. Tiene como misin el presentar al piloto, en una unidad indicadora denominada RMI (Radio Magnetic Indicator), el radial de situacin de la estacin VOR respecto de la aeronave. . As, a la salida del desfasador la fase de esta seal ser 1-. Esta seal junto a los 30Hz AM, de fase inicial 2, van a un comparador de fase cuya misin es proporcionar una seal de error al servo que ser:

La seal de error ser independiente de si la seal captada procede de un CVOR o de un

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DVOR como se indica en la tabla adjunta:ESTACIN REF CVOR DVOR 1=CTE=O 2= SEALES VOR VOR 2=- 2=CTE=O K1sen(-+) K1sen(-) SEAL DE ERROR

La seal de error actuar sobre el servomotor haciendo que este evolucione para lograr que:

Siendo la primera solucin de equilibrio estable y la segunda de equilibrio inestable, pero en ambos casos obtenemos el radial de situacin del VOR respecto de la aeronave. Normalmente el comportamiento del servomotor se puede considerar del tipo de "velocidad de giro directamente proporcional a la seal de error",

suponiendo que el ngulo de error (-) es pequeo, as aproximamos el seno por el ngulo, obteniendo:

Si K1 (seg-1) es suficientemente grande comparada con la dinmica de giro (rad/seg) de la aeronave, se podr considerar que =. Para la funcin de guiado se desfasa la seal de 30Hz FM un ngulo (determinado por el radial seleccionado por el piloto) en retraso. Junto con los 30HZ AM se comparan en fase y se suministra una seal de error proporciona la:

La seal de error ser independiente de si la seal procede de una estacin CVOR DVOR. Con ello, se indica al piloto la desviacin con relacin al radial seleccionado, as como si se est acercando (TO) alejando de la estacin (FROM).

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NM

> Seal de error positiva, desplazamiento de la aguja hacia la izquierda. - = Seal de error nula, aguja centrada. - +/2 Seal de error positiva, marcacin TO. - =+/2 Seal de error nula, no hay marcacin. Indica situacin sobre la vertical de la estacin. - r y AAf.r

Este error por reflexiones tendr una amplitud mxima cuando el punto de recepcin y la zona que produce la reflexin estn 90 desplazados y nulo cuando estn alineados, respecto de la estacin CVOR. Cuando el reflector o foco perturbador es plano las reflexiones cumplen, aproximadamente, las leyes de la reflexin ideal. Reflector plano TORPLANO O

REFLEC-

aP

R - R

aP r

V

Q

Fig. 2.19.- Relacin de ngulos en un reflector plano. En este caso, para el tringulo OVQ se tiene:

de donde: (2.28) por consiguiente, la (2.27) se convierte en:

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Teniendo en cuenta que el rea efectiva desde la que incide la perturbacin puede considerarse como proporcional al sen del reafsica:

(2.29)

Interesa conocer cmo evoluciona este error con el espacio, es decir, al desplazarse el avin receptor. Las oscilaciones del error de marcacin al desplazarnos en el espacio son debidas a la variacin de la diferencia de fase de R.F. pues se tiene el mximo rendimiento cuando existe alineacin de fase con la seal directa, en este caso, y nulo cuando estn en cuadratura. De las expresiones de los campos EEM tenemos que la diferencia de fase entre el haz directo, cuya fase de R.F. de BL debe coincidir con la de la portadora, y el haz reflejado ser:

(2.30)

Para un avin receptor, realizando una rbita a una distancia r0 de la estacin transmisora, se tiene un cambio de fase en el intervalo de tiempo (t)

NM V a P1 P (AVION) a P2

REFLECTOR R R r 0

ORBITA a P1 R Rsen(- R ) r0 a P2

v.t/r0VOR (a) (b)

Fig. 2.20.- Seal directa y reflejada que llegan al punto P (a). Hiptesis de campo lejano (b). - 38 -


(2.31)

Donde: 1-2: v, t : 1,2: diferencia de fases de R.F. de las seales de banda lateral directa y reflejada que alcanzan P1 y P2 respectivamente. velocidad del avin y tiempo que tarda en recorrer el arco P1P2. distancias entre el reflector y el avin en los puntos P1 y P2.

As pues, la diferencia de fase correspondiente a un ciclo del error vendr dado por:

por lo que su frecuencia vendr dada por: (2.32) y su "longitud de onda" o espacio correspondiente a un ciclo: (2.33)

Estas expresiones permiten, conocida la trayectoria del avin (rbita de radio r0) y la longitud de onda (), determinar cuando la frecuencia es mxima (-R=), la distancia (R) a la que se encuentra el obstculo perturbador. Cuando el vuelo es radial, la frecuencia correspondiente a la oscilacin del error que aparece en el punto de recepcin, debido a reflexiones tambin puede determinarse considerandoque una diferencia de fase de 2 radianes entre los caminos recorridos por el haz directo y reflejado corresponde a un ciclo del error detectado:

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se tendr un ciclo de error de la seal recibida

(2.34) Como resumen, cuando se dispone de un registro de errores de un CVOR (el nico que posee errores de propagacin significativos debido a la "directividad" de su DDR de BL) obtenidos a partir de "flight check" es posible, analizando la amplitud y frecuencia, identificar la ubicacin geogrfica del foco perturbador.

NM P1 1

P2 REFLECTOR R R r Rsen(-) R 2

VOR

Fig. 2.25.- Seales directa y reflejada en un vuelo radial.

2.8.2.- Criterios para el Emplazamiento de un CVOR. Los criterios que deben seguirse para situar un CVOR son los siguientes. El terreno prximo tiene que cumplir los siguientes requisitos: (1) Ser de la forma indicada en la figura 2.26, preferiblemente llano, con un mnimo de discontinuidades visto desde la antena. Las irregularidades pueden ser de tipo cncavo

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convexo, siendo las cncavas las que originarn errores en las marcaciones del VOR ms significativos. El terreno ser llano y horizontal hasta un mnimo de 50 metros de radio desde la antena y, a partir de aqu hasta los 300m se admitirn singularidades que cumplirn el criterio de Raileigh (la diferencia de fases entre la seal directa y reflejada en el terreno sea inferior a 45):

= longitud de onda. L= distancia al obstculo medido desde la antena del CVOR. H= altura del centro de fases de la antena del CVOR.ANTENA

4% LAS CURVAS DE NIVEL SON CIRCUNFERENCIAS CONCNTRICAS

MINIMO 45m

MINIMO 300m

Fig. 2.26.- Forma ideal del terreno prximo a la antena CVOR

(2) Las instalaciones en la cima de una montaa exigirn una plataforma circular plana y horizontal, de altura igual o superior a la seleccionada para la instalacin. El radio de esta plataforma se encuentra indicada en la tabla siguiente:DISTANCIA A LAS MONTAAS PRXIMAS 5NM 1NMD5NM D

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1 Capitulo 2 - Modulacion Espacial I El VOR