¿Por qué la referencia VOR y la señal variable se modulan a 30 Hz?

En los primeros días del VOR, los años 40, el generador de frecuencia de bucle bloqueado de fase estable no estaba disponible. Una referencia de frecuencia común era la frecuencia de la red eléctrica de CA pública muy estable. La velocidad angular de un motor síncrono está bloqueada en la frecuencia de la fuente de alimentación, dicho motor se puede usar para accionar una resistencia variable o un condensador para generar una onda estable cuya frecuencia está bloqueada en la frecuencia de la fuente de alimentación.

Un VOR se basa en dos señales de 30 Hz: señal de referencia y señal variable (más información sobre el principio VOR aquí ). La red estadounidense es de 60 Hz, un motor síncrono de dos pares de polos gira a 1800 rpm , es decir 30 vueltas por segundo.

La referencia moduló la frecuencia de una subportadora de 9960 Hz (332x30 Hz) con un índice de modulación de 16, lo que significa que la subportadora osciló entre 9480 Hz y 10 440 Hz. Aquí está la descripción del conjunto mecánico utilizado:

Una rueda fónica es impulsada por un motor de 1800 rpm (30 rps); y en esta rueda hay 332 dientes que están dispuestos de manera ligeramente escalonada para impartir una variación cíclica entre 9480 Hz y 10440 Hz con la rotación del motor. La señal modulada en frecuencia de esta rueda tonal se utiliza para modular en amplitud la señal portadora del VOR.

(Fuente: Un análisis comparativo de los sistemas de navegación de área en la aviación general , por Stephen Malcolm Dodge, NASA -CR-132504, 1973.)

El motor también impulsaba el dipolo giratorio que transmitía la señal variable:

^{VOR convencional temprano con baliza giratoria, fuente}

Así es como se veía el conjunto giratorio/modulador para una estación VOR de Collins:

^{Motor, rueda fónica y dipolo de un VOR convencional de Collins, 1954. Fuente: Collins}

Un solo motor utilizado para generar tanto la señal de referencia como la variable aseguró que las dos señales permanecieran coherentes y, por lo tanto, permitió una simple resta de ángulos de fase para obtener el rumbo.

Si el VOR se hubiera diseñado en Europa, el mismo motor habría girado a 25 rps y la frecuencia de las señales habría sido de 25 Hz en lugar de 30 Hz. A continuación viene la pregunta de @Sanchises, sobre las consecuencias de las diferentes rejillas en la compatibilidad del VOR en todo el mundo... Si bien la velocidad angular del motor es la primera en verse afectada por una frecuencia de suministro de energía diferente, también se debe considerar la interferencia armónica, por ejemplo:

• En el ILS existen dos frecuencias de referencia a 90 y 150 Hz, también elegidas como múltiplos de 30 y suficientemente alejadas de los armónicos de frecuencia de línea (60, 120, 180 Hz,...). Sin embargo, los armónicos de 50 Hz incluyen 150 Hz y pueden producirse interferencias en una red de 50 Hz.

Las soluciones modernas para resolver tanto el problema de la velocidad angular como el problema de las interferencias armónicas son sencillas, pero no lo eran hace 60 años. Parece que los diseñadores en este momento optaron por recrear una fuente de 60 Hz localmente y descartaron la CA de 50 Hz para la parte relacionada del equipo. Obtuve este esquema de una edición de 1968 del boletín del grupo de ingeniería de navegación aeronáutica francesa:

^{Generación mecánica de señales de 90 Hz y 150 Hz en un ILS temprano. Fuente: boletín STNA, página 88}

Se utiliza un motor síncrono de 1.800 rpm para generar mecánicamente las dos frecuencias. Pero Francia ha optado por una red de 50 Hz. Se utiliza un inversor estático como fuente de alimentación local de 60 Hz. Como se menciona en el documento fuente, la frecuencia del inversor se estabiliza con una precisión del 1 %.