信号的空间选择。方案、说明

信号的空间选择。无线电电子电气工程百科全书

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使用辐射方向图与圆形明显不同的天线可以帮助减少与您想要的广播电台使用相同频率的发射器的干扰。这些相同的天线可以确定无线电台的方向 - 找到其方向，有时这对于确定您的位置或无线电台的位置是必要的。

本文讨论了如何使用环形天线来做到这一点。

您可以使用测向仪（一种配备定向天线的无线电接收设备）来确定无线电波的到达方向。无线电测向可以让您解决许多重要的实际问题，主要是导航问题。例如，如果您在某个位置未知的移动物体（飞机、轮船等）上安装测向接收器，然后用它来确定来自两个或三个已知无线电发射器的无线电波的到达方向，您可以找到我们感兴趣的物体当前所在的位置。这是如何完成的如图所示。 1.

信号的空间选择

首先，确定子午线N的方向和来自第一发射器（“Mayak 1”）的无线电信号的到达方向之间的角度f1。然后，在导航地图上，通过该发射器与子午线成角度 f1 的位置绘制一条线（方位角）。第二个发射机（“Mayak 2”）也采用相同的结构。方位角的交点将对应于移动物体的位置。

无线电测向通常可以解决其他问题。借助位于不同地点的测向接收机，可以确定来自同一发射机的无线电信号的到达方向，并在地图上绘制以这种方式获得的方位，从而可以找到发射机本身的位置它们的交点（图2）。

信号的空间选择

为了确定无线电信号的到达方向，建议先使用环形天线。为了理解其方向特性，让我们回顾一下电磁波的结构，如图 3 所示。 XNUMX. 该图可以在任何无线电工程教科书中找到。

信号的空间选择

电磁波由电场 E 和磁场 H 组成，随发射器的频率振荡。这些场彼此垂直，并且由于波本身是横向的，因此它们也垂直于其传播方向C。电场矢量E的方向决定了波的极化，可以是水平的、垂直的和随意的。对于长波和中波，地球尤其是海洋具有良好的导电性，因此其表面（通常是接收器所在的位置）具有水平极化的波会大大衰减。因此，所有在长波和中波范围内工作的发射机都发射垂直偏振的波，其导电表面上的电场始终与其垂直。

环形天线是一个扁平线圈，其匝数取决于天线的工作范围。在较短的波浪中，它可以包含一圈或几圈，而在较长的波浪中，它可以包含更多的圈。根据电磁感应定律，到达框架的无线电波会在框架中感应出电动势，但要发生这种情况，磁场必须穿透框架的匝数。让我们转向图。参照图4，其示出了垂直环形天线的俯视图。如果无线电波沿着框架的轴线（f=0°或180°）传播，则其磁场不会穿透框架的线圈，因此不会被接收。如果波垂直于框架的轴（f=90° 或 270°），则其转动中感应的信号最大。由以其他角度 f 到达其轴的无线电波在框架中感应的电动势与这些角度的正弦成正比。

框架中感应的电动势与波的到达角度的关系图称为辐射方向图。在极坐标中，它看起来就像两个圆在框架位置相互接触（图 4）。

信号的空间选择

最好不要使用环形天线在最大接收情况下进行测向，而是在最小接收情况下进行测向，因为后者更明显并且测向更准确。辐射方向图有两个最小值，因此方位的确定不明确。大多数情况下，发射器位于哪一侧是已知的，如果此信息不可用，则您可以使用其中一种方法来获取单向辐射图。例如，使用框架和全向鞭状天线进行接收，并通过将来自两个具有一定幅度和相位的天线的信号相加（幅度必须相等且相位偏移 90°），补偿框架的最大值之一辐射方向图，相应增加其他。在这种情况下，您会得到所谓的心形辐射图，它具有一个“模糊”最大值和一个清晰的最小值。

如果无线电波到达接收器并沿着地球表面传播，一切都会好起来的。但这种方式会产生由于衍射而绕地球一周的表面波。其分布范围一般为数百公里。但在夜间，在中波和长波中，会出现另一种空间波，由电离层反射引起并传播数千公里。发生这种情况是因为大气层（电离层）的上层被太阳和宇宙辐射高度电离，从而传导电流并反射无线电波。白天，长波和中波范围内的电离层波被强烈吸收。在短波中，吸收较少，电离层空间波在一天中的任何时间到达。电离层波稍微从上方到达框架，与地平线成角度 b（图 5）。

信号的空间选择

由于地球磁场磁化的电离层等离子体中偏振面的旋转，天波的偏振是不可预测的。

接收点存在空间波会导致测向误差，这种误差被称为“夜间”误差。为了理解它是如何产生的，让我们尝试使用图 6。图1构造了环形天线的三维辐射方向图。如果垂直偏振波90以角度f=0°且b=2°来自水平方向，则接收是最大的。如果增加角度 b（图 7 中的波 6），信号强度不会改变，因为波 H 的磁场矢量仍将保持平行于框架的轴，并且磁场本身将穿透其匝。只要矢量 H 平行于框架的轴，即使波垂直下落，接收效果也将达到最大。这些考虑使得可以以放置在框架轴上的环形线圈（“甜甜圈”）的形式绘制框架的三维辐射图。当然，这个环形线圈只有一半会升出地球表面，如图 XNUMX 所示。 XNUMX. 很多天线教科书中都给出了这样的图。该图的最小接收水平轴与框架的轴重合。

信号的空间选择

图像因第 3 波波而发生变化，其到达方向与帧的轴重合。这种波不会在其中感应出电动势，因为矢量 H 垂直于框架的轴，并且磁场不会穿透其匝。随着角度 b（即波的到达角）增加，矢量 H 将保持在框架平面内并垂直于其轴。这种情况下还是不会有接待的！现在它不再是一个轴，而是一个最小接收的垂直平面，并且框架的轴位于这个平面内。体积辐射图采用位于框架两侧的两个半球的形式。但是垂直下降的波浪呢？毕竟，在前面的例子中它被接受了，但现在却没有了？ ——读者会问。正确地，如果垂直入射波的矢量 H 平行于框架的轴，则接受垂直入射波；如果垂直于框架的轴，则不接受垂直入射波。

因此，框架对入射空间波的偏振敏感。它们不可预测的偏振导致辐射方向图最小值的“模糊”，并导致相当大的方位误差。

环形天线尺寸小、设计简单并具有许多其他优点。由于框架线圈的阻抗是感性的，因此只需连接可变电容器即可将其调谐为与接收信号的振荡谐振。由此产生的振荡电路首先增加了接收信号的幅度，其次抑制了来自工作在其他频率的不必要电台的信号，即，它增加了接收器的选择性。该框架的另一个优点是它对场的磁性分量做出响应，而来自工频网络的近场干扰通常包含主要的电气分量。因此，在城市条件下，磁环天线的接收通常比电天线、偶极子天线和线天线的抗噪声能力更强。在农村地区则没有这种差异。还有一件事：无线电波的磁性成分至少会稍微穿透建筑物内部，穿透波长的几分之一，但仍然比电气成分更深。因此，室内天线最好做成磁性的。

如果干扰源是局部的并且干扰的无线电波来自一个特定方向，则帧的方向特性使得在许多情况下可以消除或减少干扰。在这种情况下，最小帧接收轴必须指向干扰源。在这种情况下，有用信号也可能被削弱，因为其到达方向将不再对应于辐射方向图的最大值，然而，信号干扰比可以显着提高。为了实际验证这一点，请打开带有铁氧体磁性天线的便携式接收器（其特性与框架的特性相似）。然后将接收器放在正在工作的电视或计算机（明显干扰源）附近，并尝试转动手中的接收器，改变磁性天线的方向。在其某些位置上，干扰将显着减少。

作者：V.Polyakov，莫斯科

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