mini|Doppler-VOR-Bodenstation (D-VOR) in Verbindung mit einem DME. Standort Peking (PEK) mini|VOR auf der US-Sichtflugkarte (Sectional Aeronautical Chart). Deutlich ist zu sehen, dass das VOR nicht auf die geographische, sondern auf die magnetische Nordrichtung ausgerichtet ist.
Ein Drehfunkfeuer (englische Abkürzung VOR ) ist ein Funkfeuer für die Luftfahrtnavigation. Es sendet ein spezielles Funksignal im UKW-Frequenzband (engl. Very High Frequency, VHF) zwischen 108,000 und 119,950 MHz aus, mit Hilfe dessen ein VOR-Empfänger im Flugzeug die Richtung zum Funkfeuer bestimmen kann. Das Flugzeug benötigt keine Peilanlage dafür, da die Richtungsinformation im Sendesignal vorhanden ist. Die Abkürzung VOR steht für den englischen Begriff VHF Omnidirectional Range.
Das eigentliche „VOR“ ist die VOR-Bodenstation, deren Signal vom VOR-Empfänger im Flugzeug ausgewertet und als Richtungsinformation to/from bezogen auf den Standort der VOR-Bodenstation auf einem Anzeigegerät abgelesen werden kann. Sofern das VOR und ein DME am gleichen Standort betrieben werden, wird auch die Schrägentfernung zwischen Luftfahrzeug und der VOR/DME-Anlage angezeigt.
Kenntnisse in der Navigation nach VOR werden unter anderem in der Prüfung zur Erteilung eines Flugfunkzeugnisses verlangt., PDF der Bundesnetzagentur, abgerufen am 21. Mai 2023
Entwicklung Das Drehfunkfeuer (engl. VHF-Omnidirectional-Range, VOR) ist ein Funknavigationssystem, das gepaart mit einem DME (Distance Measuring Equipment, dt. Entfernungsmessgerät) in der zivilen Luftfahrt weltweit für Rho-Theta-Navigation für Kurz- und Mittelstrecken dient.
Rho (griechischer Buchstabe ρ) steht dabei für die Schrägentfernungsmessung (engl. Slant-Range), welche durch Laufzeitmessung zwischen Aussendung der Abfrage an und dem Empfang der Antwort einer DME-Bodenstation gemessen wird.
Theta (griechischer Buchstabe θ) steht für den Azimut-Winkel zwischen der VOR-Bodenstation in Richtung (engl. Direction oder Bearing) des Luftfahrzeugs, bezogen auf magnetisch Nord. Bei Nutzung von Rho/Theta-Navigation einer VOR/DME-Anlage ist damit jeder Punkt innerhalb des für eine VOR/DME-Anlage betrieblich festgelegten DOC (Designated Operational Coverage) durch Azimut und Entfernung eindeutig bestimmbar und erlaubt dem Piloten damit Area Navigation (dt. Flächennavigation).
VOR-Anlagen am Boden liefern den Luftfahrzeugführern die Azimut-Informationen des Luftfahrzeugs in Form eines Radials (dt. Standlinie) und wird mit der Angabe to/from (dt. zu/von) zur VOR-Anlage dem Piloten auf einem mechanischen Zeigerinstrument oder einem elektronischen Äquivalent angezeigt. Eine VOR kann von beliebig vielen Luftfahrzeugen genutzt werden. (Eine DME-Bodenstation kann dagegen nur eine begrenzte Zahl von Luftfahrzeugen bedienen.)
VOR und DME wurden für die U.S CAA (Civil Aeronautics Authority) entwickelt und 1949 in Betrieb genommen. Seit 1950 sind VOR und DME als Standard Short Range Air Navigation Systems (dt. Standard Flugnavigationssysteme) für Slant-Range-Reichweiten (Schrägentfernungs-Reichweiten) bis zu 200 NM (Nautical Miles, entspricht 370 km, wobei 1 NM = 1,852 km) von der ICAO (International Civil Aviation Organization) im ICAO Annex 10 (Anhang 10 des Abkommens über die Internationale Zivilluftfahrt) standardisiert. VOR-Anlagen werden im Frequenzbereich von 108,00 bis 117,95 MHz (siehe auch Abschnitt Frequenzen) betrieben, der von der ITU (engl. International Telecommunication Union) weltweit exklusiv dem Flugnavigationsfunkdienst (engl. Aeronautical Radio Navigation Service, ARNS) zur Nutzung durch die, von ICAO standardisierten Systeme, VOR, ILS-LLZ (Instrument Landing System-Localizer) und GBAS (Ground Based Augmentation System) zugewiesen wurde.
An Standorten, die auch für militärische Luftfahrt benötigt werden, kann für die Messung der Slant-Range anstelle eines DME/N-Transponders auch ein TACAN (Tactical Air Navigation)-System aufgebaut werden. DME/N-Spezifikationen basieren auf den Spezifikationen des TACAN-Systems, jedoch werden nicht die für eine Nutzung der Azimutinformation notwendigen Signale erzeugt und abgestrahlt. Daher kann anstelle eines DME/N-Transponders auch ein TACAN-Transponder genutzt werden, sofern dieser die ICAO-Vorgaben für DME/N in ICAO Annex 10 erfüllt. Für Luftfahrzeuge der militärischen Luftfahrt, die in der Regel nicht mit VOR-Empfängern ausgestattet sind, bietet das TACAN-System zusätzlich die Azimutinformation. Das derzeit von ICAO standardisierte DME/N-System unterscheidet sich jedoch in den technischen Parametern von dem in 1950 ersten von ICAO standardisierten DME-System.
Für Standorte, die für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen schlecht geeignet sind, z. B. wegen reflektierender Objekte oder schlechter Geländetopographie, wurde ab 1959 das Doppler-VOR-System (DVOR) entwickelt, das auch an schwierigen Standorten eine Nutzung erlaubt.
Die von DVOR-Anlagen abgestrahlten Signale sind kompatibel zu den Signalen von konventionellen VOR-Anlagen und können daher auch von VOR-Bordempfängern verarbeitet werden. Sie erfüllen die gleichen Vorgaben, die ICAO im Annex 10-Standard an VOR-Bodenanlagen stellt. DVOR-Anlagen erfordern jedoch einen höheren technischen Aufwand. Dies betrifft sowohl die Sender als auch die Anzahl der Antennen.
Ein DVOR-Antennen-System ist eine Sonderform eines Phased-Array-Antenne und besteht immer aus einer Alford-Loop-Antenne als Referenzantenne, die der Abstrahlung eines 30 Hz-Referenzsignals dient und im Zentrum eines Antennen-Kreises steht, die rundumlaufend paar- oder wechselweise angesteuert werden.
Je nachdem, welche Methode zur Erzeugung des VOR-Signals gewählt wird, besteht der Ring aus einzelnen Antennenelementen aus einer geraden oder einer ungeraden Anzahl von in einem Kreis angeordneten Alford-Loop-Antennen, wobei
bei Single-Side-Band-DVOR (SSB) und Double-Side-Band-DVOR (DSB), die in einem Kreis angeordneten Alford-Loop-Antennen immer paarweise zwei gegenüberliegende Antennen mit dem VOR-Signal angesteuert werden, wobei zwischen ca. 38 bis zu max. 52 Alford-Loop-Antennen verwendet werden, während bei Alternate-Side-Band-DVOR (ASB), die eine vereinfachte Form einer DSB-DVOR darstellen, eine ungerade Anzahl von Alford-Loop-Antennen verwendet werden. Es wird im Gegensatz zu SSB- und DSB-DVOR jedoch immer nur eine Antenne angesteuert. Dabei werden wechselweise die Alford-Loop-Antennen auf der jeweils gegenüberliegenden Seite des Kreises angesteuert.
Die Gesamtzahl der für eine ASB-DVOR benötigten Antennen ist also immer ungerade, während die Gesamtzahl der für eine SSB- oder DSB-DVOR benötigten Antenne immer gerade ist.
Der optimale Kreisdurchmesser für die im Ring angeordnete Alford-Loop-Antenne beträgt 13,5 m (entspricht 45 Fuß bei 115 MHz), wobei diese auf einem Gegengewicht (engl. Counterpoise) von ca. 30 m und bis zu 45 m Durchmesser, das sich in Höhen von 3 m bis zu über 40 m über der Geländehöhe (engl. Above Ground Level, AGL) befindet, installiert sind. Im Gegensatz zu VOR werden keine DVOR ähnlich einer Mountain-VOR direkt auf dem Erdboden auf einem als Antennen-Gegengewicht wirkenden Erdnetz aufgebaut.
Funktionsprinzip Die Besonderheit des VOR gegenüber einfachen (ungerichteten) Funkfeuern liegt darin, dass der Empfänger dem empfangenen Signal „ansieht“, aus welcher Richtung es kommt; es sieht aus einer anderen Richtung auch anders aus. Um darzustellen, wie das technisch erreicht wird, zunächst ein kleines Gedankenexperiment:
Analogie zum Leuchtturm mini|Veranschaulichung des technischen Prinzips eines VOR. Aus dem Phasenversatz zwischen dem ungerichteten (grün) und dem rotierenden (blau) Signal kann das Flugzeug seine Richtung relativ zum Sender (hier 105°) bestimmen
Die Grafik rechts zeigt einen Leuchtturm, der folgende Lichtsignale aussendet:
ein Lichtsignal von blauer Farbe, das als stark gebündelter Strahl im Uhrzeigersinn rotiert und ein zweites, rundum abstrahlendes Lichtsignal von grüner Farbe, das immer dann kurz aufleuchtet, wenn der rotierende blaue Strahl genau nach Norden weist. Ein Beobachter an beliebiger Position sieht pro Umdrehung einen grünen und einen blauen Lichtblitz. Aus deren Phasenversatz ergibt sich direkt die Himmelsrichtung zum Leuchtturm: Sieht er sie gleichzeitig, steht er nördlich des Leuchtturms; sieht er sie genau abwechselnd, steht er südlich.
Dieser Vergleich ist nur eine Modellvorstellung, um darzustellen, wie die Richtungsinformation in das Signal kodiert wird. Beim VOR wird dieses Prinzip, technisch aufwendiger und präziser, mit Radiowellen umgesetzt.
VOR Die Sendeanlage eines VOR erzeugt ein Signal, das aus folgenden Komponenten besteht:
Gerichtete, sich mit 30 Umdrehungen pro Sekunde drehenden Signal-Komponente. Aufgrund der Richtcharakteristik der Sendeantenne empfängt das VOR-Gerät im Flugzeug ein Signal, dessen Amplitude sich 30 Mal pro Sekunde hebt und senkt, also eine 30 Hz-Amplitudenmodulation aufweist. Ungerichtete Signal-Komponente, ebenfalls mit 30 Hz moduliert, jedoch mit einer Frequenzmodulation eines 9960 Hz-Unterträgers, das als Referenzsignal für die Messung des Phasenwinkels () dient. Morse-Kennung, die aus einem getasteten 1020 Hz-Ton besteht, der per Amplitudenmodulation dem Hochfrequenzträger aufmoduliert ist. Optionaler Audiokanal der in einem Tonfrequenzband zwischen 300 und 3000 Hz die aktuellen Anfluginformationen (ATIS) eines nahen Flugplatzes überträgt. mini|Zusammenhang zwischen Azimut und Phasenwinkel |535x535px mini|Komponenten eines VOR-Signals im Frequenzbereich|500x500px mini | rechts | Gemessenes Spektrum eines VOR-Signals:In der Mitte erkennt man das mit 30 Hz amplitudenmodulierte Trägersignal auf 112,8 MHz. Zu beiden Seiten weiter entfernt befindet sich die Spektralkomponente des durch den Morsecode immer wieder unterbrochenen 1020 Hz-Tons. Zu beiden Seiten noch weiter entfernt erscheint der mit 30 Hz frequenzmodulierte 9960 Hz-Unterträger mit einem Frequenzhub von 480 Hz. (Ein Audiokanal mit ATIS-Informationen ist hier nicht enthalten.)
Im Empfänger wird der Phasenunterschied (Wertebereich 0 … 360°) zwischen den beiden 30 Hz-Modulationen gemessen und als Radial (Linie konstanten Azimutwinkels, mit einem Wertebereich von 0 … 360°) interpretiert. Das Radial (Linie konstanten Azimutwinkels) entspricht i. d. R. der missweisenden Richtung von der VOR-Station zum Flugzeug.
Beispiel: Befindet sich das Flugzeug östlich (90°) des VOR, so beträgt die Phasendifferenz zwischen dem gerichteten und dem ungerichteten Signal 90°. Die Spitze der Anzeigenadel des Radiokompasses (RMI Radio Magnetic Indicator) zeigt auf den Winkelwert 270°, denn das VOR steht westlich. Bei einer Position westlich des VOR (270°) beträgt die Phasendifferenz 270°. Die Spitze der Anzeigenadel des Radiokompasses zeigt auf den Winkelwert 90°, denn das VOR steht östlich des Flugzeugs.
DVOR (Doppler-VOR) DVOR ist eine Abkürzung für Doppler Very High Frequency Omnidirectional Radio Range = Doppler-UKW-Drehfunkfeuer. Solche Anlagen erzeugen ein äquivalentes Signal auf andere technische Weise mit höherer Präzision.
Im Gegensatz zum herkömmlichen VOR wird beim DVOR die amplitudenmodulierte 30 Hz-Signal-Komponente von einer stationären Rundstrahlantenne gesendet, jetzt als Bezugssignal. Die azimutwinkel-abhängige Signalkomponenten besteht aus dem mit 30 Hz auf einem 9960 Hz-Unterträger. Durch schnelles Weiterschalten zwischen einer Vielzahl von Antennen (ca. 50, immer eine gerade Zahl), die auf einem Kreis mit 13,5 m Durchmesser über einem mindestens doppelt so großem Gegengewicht angeordnet sind. Dadurch wird eine nahezu kontinuierliche Kreisbewegung des Unterträgers entgegen dem Uhrzeigersinn nachgebildet. Im Empfänger verursacht die Bewegung des Strahlungszentrums durch den Doppler-Effekt eine 30 Hz-Frequenzmodulation mit einem Frequenzhub von ± 480 Hz, deren Phase relativ zum Bezugssignal richtungsabhängig ist (Umlaufsignal).