VOR测角原理
图4-39 VOR测量原理示意
VOR导航台会发射两个对30 Hz信号进行调制后的射频信号。这两个30 Hz信号分别称为基准相位信号和可变相位信号。基准相位信号相当于全方位光线，其相位在VOR台周围的各个方位上相同；可变相位信号相当于旋转光束，其相位随VOR台的径向方位而变（图4-39）。
可以把VOR地面台想象为一个灯塔，在向四周发射全方位光线的同时，还发射一个自磁北方向开始顺时针旋转的光束。
全向信标是通过测量两个30 Hz的低频信号的相位差来测定飞机方位的，两个30 Hz信号的相位差正比于VOR台的径向方位，即飞机磁方位取决于基准和可变相位信号之间的相位差。
为了在VOR机载接收机中能够分开两个30 Hz信号，VOR台发射信号采用两种不同的调制方式。
（1）基准相位信号。基准相位信号是用30 Hz低频信号先调频到9 960 Hz的副载频上，频偏为±480 Hz，得到调频副载波（图4-40）为
式中，Ω为30 Hz角频率，Ωs为9 960 Hz角频率，ΔΩs为频偏，Um为调频信号的振幅，mf为调频指数。
将调频副载波信号调幅到载频［108～118 MHz］上，并用无方向性天线发射，天线的水平面方向性图为一圆形，在空间形成全向水平极化辐射场，即水平面内任何方位上的信号都一样，无任何差别（图4-41）。最终的基准相位信号为
式中，URm为基准相位载波信号的幅度，m为调幅度，ω为载波信号角频率。
图4-40 基准相位信号的形成过程
图4-41 基准相位信号
（2）可变相位信号。可变相位信号是用30 Hz低频信号直接对载频调幅，然后由方向性天线发射出去。天线辐射场在各个方位上的正向最大值出现的时刻随方位角的变化而变化。如在正北方向，可变相位信号的正向最大值与基准信号的正向最大值同时出现；在正东方向，可变相位信号的正向最大值比基准信号的正向最大值要晚1/4周期；其余方位以此类推。4个主要方位的信号强度变化如图4-42所示。
图4-42 可变相位信号
可变相位信号在空间形成一个“8”字旋转辐射场。有两种方法可以产生旋转的“8”字方向性图：一是旋转具有“8”字方向性图的天线（如半波振子、裂缝天线等）；二是天线不动，用电气的方法使“8”字方向性图旋转。目前大多采用后一种方法。
从高频发射机取出一部分功率（约10%）加到调制抑制器（去幅器），去掉调幅部分并进行功率放大，输出没有调制的纯载波。它与基准相位信号的载波是同频率、同相位的，然后加到测角器。测角器把载波分解成30 Hz正弦和余弦调制的调幅边带波，即正弦调制的边带波sin（Ωt）cos（ωt），余弦调制的边带波cos（Ωt）cos（ωt）。
正弦和余弦调制的边带波分别由VOR天线阵中的可变相位天线发射。可变相位天线包括方向性因子分别为cosθ和sinθ的两个分集天线，在水平面内形成两个正交的“8”字辐射场。其数学表达式为
式中，Uvm为可变相位信号的幅度，θ为方位角。
两个“8”字方向性图的空间合成辐射场为
可变相位信号的合成辐射场也是一个“8”字辐射场，两个波瓣的相位相反，并按Ω的角频率旋转（30 rad/s）。图4-43给出了在不同方位角θ时，两个正交的“8”字方向图合成一个旋转的“8”字方向性图的示意，这也就达到了与直接转动天线使方向性图旋转的相同的目的。
图4-43 可变相位信号旋转辐射场的形成
可变相位信号和基准相位信号虽然是分开发射的，但飞机接收信号是基准相位和可变相位信号的合成信号，空间辐射场等于两者的叠加。
合成辐射场是一个心形方向性图（图4-44），并以30 Hz的角频率旋转，最大值出现的时刻随方位角θ而变。从物理概念来讲，“8”字方向图与全向方向性图同相的一边，加强了全向方向性图，而反相的一边，减弱了全向方向图，所以，合成是一个心形方向性图（图4-44）。
图4-44 合成辐射场
合成辐射场包络包括两种成分的信号（图4-45）：一种是由心形方向图旋转产生的附加调幅部分，其相位（最大值出现的时刻）随方位角而改变，这就是可变相位30 Hz信号；另一种是9 960 Hz调频副载波产生的调幅部分，其相位与方位角θ无关。基准相位30 Hz信号隐含在30 Hz调频的9 960 Hz副载波中。
图4-45 空间合成信号波形