Системы радиопеленгации (стр. 2 из 3)

Эта диаграмма направленности характерна тем, что имеет два направления нулевого приема, перпендикулярные плоскости антенны, и два направления максимального приема, совпадающие с плоскостью антенны. Минимумы диаграммы выражены резко, т.е. при небольшом отклонении от направления нулевого приема амплитуда резко возрастает. Максимумы же диаграммы не резко выраженные, т.е. амплитуда мало меняется даже при сравнительно большом отклонении от направления максимума.

Обратите внимание на знаки + и – . Они показывают, что фаза результирующей ЭДС изменяется на 180^о при переходе через линию 0-p.

Выше для объяснения формы диаграммы направленности рамочной антенны мы использовали электрическое поле и вектор напряженности электрического поля Е. Однако, может быть, более понятным будет объяснение, использующее магнитные силовые линии. Пусть на вертикально расположенную рамку воздействует вертикально поляризованная радиоволна. Тогда вектор напряженности магнитного поля Н и линии магнитного поля лежат в горизонтальной плоскости и пронизывают плоскость вертикальной рамки (см. рисунок, где показана проекция рамки Р на горизонтальную плоскость).

Высокочастотное изменение магнитного потока, пронизывающего рамку, наводит в рамке ЭДС. Амплитуда этой ЭДС зависит от числа магнитных силовых линий, пронизывающих плоскость рамки. Когда рамка ориентирована вдоль направления распространения радиоволн (положение 1), ее пронизывает наибольшее число магнитных силовых линий, и поэтому наведенная ЭДС наибольшая. В положении 2 число магнитных силовых линий меньше, а в положении 3, когда плоскость рамки перпендикулярна направлению распространения радиоволн, рамка вообще не пронизывается магнитными силовыми линиями, так что наведенная ЭДС равна нулю.

Если направление распространения волны изменится на 180^о, то фаза ЭДС также должна измениться на обратную, ибо меняется направление магнитных силовых линий, пересекающих рамку.

3. Пеленгация по минимуму сигнала

Первые радиопеленгаторы строились для нужд флота. В то время на кораблях устанавливалась только связная аппаратура, и она не позволяла определить направление на источник излучения. Поэтому определение направления производилось наземным радиопеленгатором по запросу корабля. Установка наземных радиопеленгаторов по берегам многих морей началась после 1918 г. В СССР три таких радиопеленгатора вступили в эксплуатацию в 1934 г.: один на мысе Херсонес (конструкция его показана на рисунке ниже) и два в Арктике.

Дальность действия этих радиопеленгаторов над морем достигала 350 км при точности определения пеленга до 1 – 1,5 градусов. Рамочная антенна вращалась со скоростью 1 об/мин.

Обратите внимание на конструкцию радиопеленгатора. Рамочная антенна образована несколькими витками толстого провода, намотанного на деревянный каркас. К рамке подсоединен воздушный конденсатор переменной емкости (он хорошо виден в центре рамки) для настройки на заданный диапазон частот.

Однако, наземные радиопеленгаторы не получили значительного распространения, так как к 1935 году были разработаны малогабаритные бортовые радиопеленгаторы, которые обеспечивали более точное и, главное, быстрое измерение пеленга. (При использовании наземных радиопеленгаторов время измерения составляло несколько минут.)

Во всех радиопеленгаторах использовались рамочные антенны. Рассмотрим, как можно определить направление на источник радиоволн, располагая антенной с диаграммой направленности в форме восьмерки?

Существует три способа определения направления: по максимуму сигнала, по минимуму сигнала и по равносигнальной зоне. Применительно к рамочной антенне они иллюстрируются приведенным ниже рисунком. Пунктирной линией показано направление на источник излучения.

Первые два способа не нуждаются в пояснении. Для реализации третьего способа необходимы две рамки, диаграммы направленности которых пересекаются. За направление на источник излучения принимается то направление, на котором сигналы, снимаемые с обоих антенн одинаковы. Это направление называют также равносигнальным.

Первый способ не нашел применения в радионавигации из-за невысокой точности: амплитуда принимаемого сигнала заметно уменьшается только при больших отклонениях от максимума диаграммы направленности. Второй способ более точен, так как небольшое отклонение от линии нулевого приема приводит к резкому увеличению амплитуды сигнала, и именно он стал использоваться в радиопеленгаторах.

Ошибка пеленгации в этом случае определяется “углом молчания”, то есть углом, в пределах которого не слышны сигналы маяка. Ясно, что угол молчания сильно зависит от интенсивности сигнала радиомаяка. Это наглядно показано на рисунке ниже.

Определение направления по минимуму сигнала неоднозначно. Источник радиоизлучения находится на линии нулевого приема, но с какой стороны рамки – определить невозможно. В морской радионавигации наличие двух направлений нулевого приема не доставляло больших неприятностей, так как второе направление было ориентировано на сушу. Но для пеленгации наземных объектов или самолетов по минимуму сигнала необходима диаграмма направленности с одним нулем. Как ее получить?

Вспомните какой-нибудь фильм о советских разведчиках, работавших во время Великой Отечественной войны в тылу врага, в Германии. По улицам городов Великого рейха разъезжали автомобили с рамочными антеннами и искали вражеские передатчики. Но можно ли было обойтись только одной рамкой?

Посмотрите на рисунок ниже. Здесь изображен “слухач”, который по силе звука определял направление на источник радиоизлучения.

радиопеленгатор радиоволны антенна радиомаяк

Рис. Слуховой радиопеленгатор с поворотной рамкой

Видите, что рядом с поворотной рамкой расположен вертикальный штырь. Это ненаправленная антенна. Зачем она? Оказывается комбинация рамки и ненаправленной антенны позволяет получить диаграмму направленности с единственным нулевым направлением приема.

Сигналы, снимаемые с обеих антенн, суммируются, как показано на рисунке ниже слева.

Напряжение со штыревой антенны вводится в контур с рамкой с помощью индуктивной связи.

Форма результирующей диаграммы направленности зависит от фазовых и амплитудных соотношений складываемых напряжений. Особое значение для практики имеет случай, когда ЭДС рамки и вертикальной антенны совпадают по фазе или противофазны, а максимальная амплитуда ЭДС рамки равна амплитуде ЭДС вертикальной антенны в месте сложения. На том же рисунке справа изображены диаграммы направленности (ДН) рамки и вертикальной антенны для этого случая. Так как ЭДС на входе приемника является суммой ЭДС вертикальной антенны и рамки, то результирующая (суммарная) диаграмма направленности получится сложением двух диаграмм направленности с учетом знаков. Знак + означает, что ЭДС, наводимая в рамке, совпадает по фазе с ЭДС от вертикальной антенны, а знак – означает, что фазы этих ЭДС противоположны.

Проведем произвольно направления ОА₁, ОА₂,…,ОА₁₆ и сложим соответственно ЭДС рамки и вертикальной антенны в этих направлениях с учетом знаков. Очевидно, что в направлениях ОА₁₀, ОА₁₁, ,ОА₁₆ произойдет уменьшение результирующей ЭДС, так как знаки здесь противоположны. Кроме того, в направлении ОА₁₃ суммарная ЭДС равна нулю, так как ЭДС вертикальной антенны и рамки равны и противоположны. В направлениях же ОА₂, ОА₃,…,ОА₈ произойдет увеличение результирующей ЭДС, так как здесь знаки отдельных составляющих одинаковы. Полученная диаграмма направленности (пунктирная кривая на рисунке) является кардиоидой. Она имеет лишь один минимум и один максимум, расположенные на одной линии в плоскости рамки. Но минимум выражен здесь менее резко, чем в восьмерочной диаграмме направленности рамки. Поэтому угол молчания будет больше.

4. Самолетные радиопеленгаторы

Радиополукомпас.

Обслуживание слухового радиопеленгатора на самолете чрезвычайно затруднительно, не говоря уже о том, что шум внутри самолета сильно мешает определению пеленга по минимуму приема. Поэтому на самолетах получили распространение радиопеленгаторы со стрелочным индикатором, так называемые радиополукомпасы (РПК). РПК позволял определить угол между продольной осью самолета и направлением на радиостанцию.

В РПК использовался комбинированный прием на рамку и вертикальную антенну. Правда, объединение сигналов от этих антенн осуществлялось несколько хитрее, чем просто сложение. Рамка могла быть как поворотной, так и закрепленной неподвижно на корпусе самолета.

Поясним принцип действия, пользуясь упрощенной структурной схемой РПК.