Почему эталонный и переменный сигнал VOR модулируются на частоте 30 Гц?

В первые дни VOR, 40-е годы, стабильный генератор частоты с фазовой автоподстройкой частоты был недоступен. Обычным эталоном частоты была очень стабильная частота общедоступной электросети переменного тока. Угловая скорость синхронного двигателя привязана к частоте источника питания, такой двигатель можно использовать для приведения в действие переменного резистора или конденсатора для создания стабильной волны, частота которой привязана к частоте источника питания.

VOR использует два сигнала частотой 30 Гц: опорный сигнал и переменный сигнал (подробнее о принципе VOR здесь ). Сеть США 60 Гц, синхронный двигатель с двумя парами полюсов вращается со скоростью 1800 об/мин , то есть 30 оборотов в секунду.

Эталон модулировал частоту поднесущей 9 960 Гц (332x30 Гц) с индексом модуляции 16, что означает, что поднесущая колебалась между 9 480 Гц и 10 440 Гц. Вот описание используемого механического узла:

Колесо тона приводится в движение двигателем со скоростью 1800 об/мин (30 об/с); и на этом колесе 332 зубца, которые расположены слегка в шахматном порядке, чтобы придать циклическое изменение между 9480 Гц и 10 440 Гц при вращении двигателя. Затем частотно-модулированный сигнал от этого тонального колеса используется для амплитудной модуляции несущего сигнала VOR.

(Источник: Сравнительный анализ систем зональной навигации в авиации общего назначения , Стивен Малкольм Додж, НАСА, CR-132504, 1973 г.)

Двигатель также приводил в действие вращающийся диполь, передающий переменный сигнал:

^{Ранний обычный VOR с проблесковым маяком, источник}

Вот как выглядел вращающийся/модулирующий узел станции Collins VOR:

^{Мотор, тоновое колесо и диполь обычного VOR Collins, 1954 г. Источник: Collins.}

Один двигатель, используемый для генерации как опорного, так и переменного сигнала, гарантировал, что два сигнала остаются когерентными, и, следовательно, позволял простое вычитание фазовых углов получить пеленг.

Если бы VOR был разработан в Европе, тот же двигатель вращался бы со скоростью 25 об/с, а частота сигналов была бы 25 Гц вместо 30 Гц. Ниже приводится вопрос @Sanchises о последствиях различных сетей для совместимости VOR во всем мире ... Хотя угловая скорость двигателя в первую очередь зависит от другой частоты источника питания, необходимо также учитывать гармонические помехи, для пример:

• В ИЛС есть две опорные частоты 90 и 150 Гц, также выбранные кратными 30 и достаточно удаленные от гармоник частоты сети (60, 120, 180 Гц, ...). Однако гармоники 50 Гц включают в себя 150 Гц, и в сети 50 Гц могут возникать помехи.

Современные решения для решения как проблемы угловой скорости, так и проблемы гармонических помех просты, но 60 лет назад их не было. Похоже, в то время дизайнеры решили воссоздать источник 60 Гц локально и отказались от переменного тока 50 Гц для соответствующей части оборудования. Я взял эту схему из бюллетеня Французской авиационной инженерной группы за 1968 год:

^{Механическая генерация сигналов 90 Гц и 150 Гц в ранней ILS. Источник: бюллетень СТНА, стр. 88.}

Синхронный двигатель со скоростью 1800 об/мин используется для механической генерации двух частот. Но Франция выбрала сеть с частотой 50 Гц. Статический инвертор используется в качестве локального источника питания 60 Гц. Как указано в исходном документе, частота инвертора стабилизируется с точностью до 1%.