Das Drehfunkfeuer

Ein Drehfunkfeuer (englische Abkürzung VOR Zum Anhören bitte klicken! [ˌviːˌəʊˈɑː]) ist ein Funkfeuer für die Luftfahrtnavigation. Es sendet ein spezielles Funksignal aus, dem ein Empfänger im Flugzeug die Richtung zum Funkfeuer entnehmen kann. Das Flugzeug benötigt keine Peilanlage dafür, da die Richtungsinformation vom Sender in das Signal kodiert wird.


Doppler-VOR-Bodenstation (D-VOR) in Verbindung mit einem DME

Die Abkürzung VOR steht für VHF Omnidirectional Radio Range. VHF bedeutet Very High Frequency, die englische Bezeichnung für die Ultrakurzwelle (UKW). Omnidirectional Radio Range bedeutet auf Deutsch „Rundum-Funkortung“. Die deutsche Bezeichnung „UKW-Drehfunkfeuer“ für ein VOR wird in der fliegerischen Praxis kaum genutzt.

Das eigentliche VOR ist die Bodenstation, deren Signal vom VOR-Empfänger im Flugzeug ausgewertet und als Richtungsinformation auf einem Anzeigegerät abgelesen werden kann. Vereinfachend wird jedoch auch der Empfänger als VOR bezeichnet.

Kenntnisse in der Navigation nach VOR werden in der Prüfung zur Erteilung eines Flugfunkzeugnisses verlangt.


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.

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


Aus dem Versatz zwischen dem ungerichteten (grün) und dem rotierenden (blau) Signal kann das Flugzeug seine Richtung relativ zum VOR (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 in einer genau festgelegten Drehzahl um den Leuchtturm 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 kann nun aus dem zeitlichen Versatz zwischen den Sichtungen des grünen und des blauen Lichtstrahls die Himmelsrichtung zum Leuchtturm bestimmen. 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, auf Radiowellen übertragen.
VOR

Die Sendeanlage erzeugt ein komplexes Signal, bestehend aus:

einer gerichteten, sich mit 30 Umdrehungen pro Sekunde drehenden Komponente. Aufgrund der Richtcharakteristik der Sendeantenne empfängt das VOR-Gerät im Flugzeug ein Signal, dessen Amplitude sich 30 Mal pro Sekunde hebt und senkt – eine 30-Hz-Amplitudenmodulation;
einer ungerichteten Komponente, ebenfalls mit 30 Hz moduliert (30-Hz-Frequenzmodulation eines 9960-Hz-Unterträgers);
einer Morse-Kennung;
(optional) einem Audiokanal. VOR-Sender in der Nähe von großen Verkehrsflugplätzen strahlen die aktuellen Anfluginformationen (ATIS) des Flugplatzes aus.

Im Empfänger wird der Phasenunterschied (0 … 360°) zwischen den beiden 30-Hz-Modulationen gemessen und als Radial (Azimutwinkel 0 … 360°) angezeigt. Das Radial 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. Der Unterschied zum VOR liegt in der Form der Erzeugung des Signals. Im Gegensatz zum herkömmlichen VOR wird die 30-Hz-AM-Komponente (Amplitudenmodulation) von einer stationären Rundstrahlantenne gesendet, jetzt als Bezugssignal, während der 9960-Hz-Unterträger durch schnelles Weiterschalten zwischen 50 Antennen, die auf einem Kreis mit 13,5 m Durchmesser angeordnet sind, abgestrahlt wird. Dadurch wird eine nahezu kontinuierliche Rotation des Unterträger-Strahlungszentrums entgegen dem Uhrzeigersinn nachgebildet. Im Empfänger entsteht durch den Dopplereffekt die erforderliche 30-Hz-Frequenzmodulation mit einem Frequenzhub von ± 480 Hz, deren Phase richtungsabhängig ist (Umlaufsignal).

Beim herkömmlichen VOR wird das Referenzsignal als 30 Hz FM von einer stationären Antenne ausgestrahlt; das variable Signal wird als 30 Hz AM von einer rotierenden Antenne erzeugt. Beim DVOR sind die Rollen von Referenz- und variablen Signal genau umgekehrt: das Referenzsignal ist 30 Hz AM von einer stationären Rundstrahlantenne und das variable Signal, 30 Hz FM, wird durch den Doppler-Effekt der umlaufenden Kreisgruppenantenne erzeugt. Weil Referenzsignal und variables Signal des DVOR gegenüber dem herkömmlichen VOR vertauscht sind, läuft das Signal auf der Kreisgruppenantenne entgegen den Uhrzeigersinn.

Der Zusatz Doppler- beim DVOR hat nichts mit der Dopplerverschiebung durch die Fluggeschwindigkeit zu tun, sondern mit der Form der Signalerzeugung.

Ein DVOR-Sender ist typischerweise zwei- bis dreimal genauer als ein herkömmlicher VOR-Sender. Beim DVOR beträgt der Radialfehler selten mehr als 1°, während der Radialfehler beim gewöhnlichen VOR bei bis zu 2,5° liegen kann.
Geschichte

Das erste Drehfunkfeuer war der Telefunken-Kompass-Sender (1908). Der Sender begann mit der omnidirektionalen (ungerichteten) Aussendung seiner Kennung. Nach dem Empfang des letzten Buchstabens der Kennung wurde im Empfänger eine spezielle Stoppuhr gestartet und beim Signalmaximum wieder gestoppt.

In der weiteren Entwicklung erwies es sich als vorteilhaft, das Minimum des rotierenden Signals auszuwerten, da es sehr viel genauer festgestellt werden kann als das Signalmaximum.

In Westeuropa existierten während des Ersten Weltkrieges Stationen in Tønder (damals Deutschland), List auf Sylt, Nordholz, Borkum und eine Station in Houtave Belgien in der Nähe von Brügge (Flandern). Zu diesen Richtsendeanlagen kamen zwei Anlagen in Cleve und Tønder, die ungerichtete Signale im Zeittakt ausstrahlten. Alle diese (Dreh)Funkfeuer dienten der Navigation von Luftschiffen. Flugzeuge waren noch nicht mit Empfängern für dieses System ausgerüstet.

Im Zweiten Weltkrieg wurden stark weiterentwickelte deutsche Anlagen unter der Bezeichnung Bernhard an der gesamten Westfront errichtet.

Die ersten VOR-Anlagen moderner Bauart wurden in Deutschland Anfang der 1950er Jahre in Betrieb genommen. Das Grundnetz bestand damals aus acht Stationen.

Laut dem Deutschen Funknavigationsplan (DFNP) des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) werden die VORs und DVORs seit 2005 sukzessiv abgebaut. Laut der Deutschen Flugsicherung wird „aus Sicherheits- und Redundanzgründen“ davon ausgegangen, „dass wir auch in der Zukunft zumindest ein „Backup-Netzwerk“ an terrestrischer Infrastruktur vorhalten werden.“


Verschiedene Flugzeugantennen und ihre Anbringung

Frequenzen

Die VOR-Bodenstation sendet auf einer unter anderem in Luftfahrtkarten und im Luftfahrthandbuch veröffentlichten Frequenz im Bereich von 108,00 MHz bis 117,95 MHz (gemäß ICAO Annex 10). Der Kanalabstand beträgt 50 kHz, die Kanäle sind also 108,00, 108,05, 108,10…117,95 MHz; jedoch sind die Frequenzen 108,10, 108,30, 108,50…111,90 MHz sowie 108,15, 108,35, 108,55…111,95 MHz für Instrumentenlandesystem-Landekurssender reserviert.

Azimut; Radial


VOR-Gradangaben – abgekürzt auf die Zehnerstellen

Das VOR-System, bestehend aus Bodensender und Bordempfänger, liefert eine Information, nämlich das Azimut des Flugzeugs vom VOR-Sender, d.h. den Winkel zwischen dem durch die Bodenstation verlaufenden (magnetischen) Meridian und der Verbindungslinie Bodenstation-Flugzeug. VOR-Sender sind i.d.R. so ausgerichtet, dass das 360°-Radial in die magnetische Nordrichtung weist (missweisend). VORs in der Nähe der magnetischen Pole mit hoher Variation sind hingegen auf den geographischen Nordpol ausgerichtet (rechtweisend).

Eine vom VOR-Sender weg gerichtete Funkstandlinie mit einem gegebenen Azimut wird als Radial bezeichnet. Für die Praxis der Flugnavigation gibt es 360 Radiale. Es wird nicht mit Dezimalstellen gearbeitet, nur mit ganzen Zahlen. Ein Radial ist also ein gerichteter Vektor (allerdings nur mit Richtungsangabe, ohne Größe) mit der Richtung vom Funkfeuer weg. Denn im Gegensatz zu einem Lichtstrahl vom Leuchtturm funkt unsere Funkstandlinie (z. B. R-040) auch noch über den Mittelpunkt hinaus in die Gegenrichtung (also Richtung 220° = 40° + 180°). In diese andere Richtung wird sie aber definitionsgemäß als R-220 bezeichnet.

Wie alle Kursangaben und Kompassangaben werden auch die Richtungsangaben der Radiale immer dreistellig geschrieben und gesprochen. Dabei werden alle drei Ziffern einzeln ausgesprochen. Die Worte Hundert oder Zehn, Zwanzig, Dreißig usw. werden dabei nicht verwendet. Beispiel: 40° ist R-040 und wird ausgesprochen: Radial Null-vier-Null. Radial 0° (also Nord) wird üblicherweise nur als R-360 (Radial drei-sechs-null) bezeichnet.

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Quelle