Системы радиопеленгации

Радиопеленгация своим появлением обязана навигации. НАВИГАЦИЯ родилась как наука о вождении кораблей. Далее это понятие расширилось, и сейчас понимается как определение любым подвижным объектом – кораблем, самолетом, космическим аппаратом, автомобилем, человеком и т.д. – своего местоположения с целью определения направления движения. Если определение местоположения осуществляется с помощью радиосредств, то это есть радионавигация.

Радионавигация началась с определения направления на источник радиоволн, то есть с радиопеленгации. А как определить это направление? Вот что говорил знаменитый русский флотоводец адмирал С.О. Макаров в приказе от 7 марта 1904 года (во время русско-японской войны): “При определении направления можно пользоваться, поворачивая свое судно и заслоняя своим рангоутом приемный провод, причем по отчетливости можно судить иногда о направлении на неприятеля. Минным офицерам предлагается провести в этом направлении всякие опыты”. Минные офицеры в то время были самыми технически образованными специалистами во флоте.

Нам, не морским людям, мало что говорит слово “рангоут”, но мы понимаем, что это что-то большое, загораживающее, как экран, путь электромагнитной волне к приемному проводу, то есть к антенне.

Первые приемные антенны были двух типов: вертикальный провод и рамка. Вертикальный провод не обладает направленными свойствами, то есть принимает электромагнитные колебания одинаково с любого направления. Чего нельзя сказать о рамке.

Величина сигнала, снимаемого с антенны, зависит от направления прихода радиоволн. Для описания этой зависимости вводится специальная характеристика, которую называют диаграммой направленности.

1. Диаграмма направленности антенны

Диаграмма направленности определяется только конструкцией антенны и не зависит от того, работает антенна на прием радиосигнала или на его передачу. Для приемной антенны диаграмма направленности показывает, как зависит уровень сигнала на выходе антенной цепи от направления прихода радиосигнала. А для передающей антенны она говорит об уровне излучаемого сигнала в указанном направлении.

Рассмотрим, как можно экспериментально измерить диаграмму направленности передающей антенны. Пусть передающая антенна, излучающая радиоволны, располагается в точке О (рисунок внизу слева).

На некотором расстоянии R от точки О разместим приемник (в точке А) и замерим амплитуду сигнала на его выходе. Затем будем перемещать приемник по линии окружности радиуса R и фиксировать амплитуду выходного сигнала как функцию от направления на приемник, то есть от угла a, обходя таким образом вокруг передатчика. Если снятую зависимость U_вых(a) пронормировать, то есть разделить на максимальное значение амплитуды выходного сигнала, то получим диаграмму направленности антенны F(a). Ее изображают в полярной (как на рисунке) или в декартовой системе координат.

2. Диаграмма направленности рамочной антенны

Как мы уже отмечали, вертикальный провод как антенна принимает радиоволны с любого направления одинаково. Поэтому его диаграмма направленности представляет собой окружность.

А какую диаграмму направленности имеет рамочная антенна? Теоретическое и практическое исследование рамочных антенн проводилось в 1905 – 1907 годах. Попробуем разобраться в процессах, происходящих в рамочной антенне и обосновать форму ее диаграммы направленности.

Обычно рамочная антенна образуется несколькими витками провода, намотанного на остов прямоугольной или круглой формы. Рамочную антенну можно поэтому рассматривать как катушку индуктивности, имеющую сравнительно большие пространственные размеры. К концам рамки обычно присоединяется конденсатор переменной емкости для настройки рамки в резонанс с принимаемой волной.

Предположим, что рамка прямоугольная, образована одним витком провода и расположена так, что горизонтальные проводники параллельны, а вертикальные перпендикулярны поверхности земли. Электромагнитная волна может наводить электродвижущую силу (ЭДС) на любом из проводников, образующих рамку.

Чтобы понять, от чего зависит наводимая ЭДС, вспомним некоторые сведения об электромагнитном поле.

Электромагнитная волна характеризуется векторами напряженности электрического и магнитного полей Е и Н. Эти векторы в пространстве всегда перпендикулярны друг другу, и плоскость, в которой они расположены, перпендикулярна направлению распространения волны. Условное изображение векторов Е и Н при движении волны в направлении Р в некоторый момент времени t приведено на рисунке ниже.