Контрольная работа: Системы радиопеленгации

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.

Принятый рамочной антенной сигнал после усиления в усилителе высокой частоты поступает в коммутатор фаз. Коммутатор фаз периодически с низкой частотой меняет фазу выходного напряжения. Если низкочастотное напряжение положительно, то коммутатор не изменяет фазу, т.е. выходное и входное напряжения коммутатора совпадают по фазе. Если низкочастотное напряжение отрицательно, то коммутатор фаз изменяет фазу на 180^о , т.е. выходной сигнал коммутатора совпадает с перевернутым входным сигналом. Сумматор складывает это напряжение с напряжением, полученным от вертикальной антенны. В результате через каждую половину периода низкой частоты происходит то сложение напряжений с вертикальной антенны и рамки, то их вычитание.

Процесс сложения этих напряжений показан ниже при различном расположении рамки относительно радиостанции.

Напряжение на выходе амплитудного детектора

Напряжение на выходе сумматора

Коммутирующее напряжение

Напряжение на выходе коммутатора

Напряжение с вертикальной антенны

Напряжение с рамочной антенны

Пусть для определенности рамка закреплена на корпусе самолета и ориентирована так, что линия нулевого приема совпадает с осью самолета. Закрепленная рамка использовалась в радиополукомпасе РПК-10 (“Чаенок”), который стоял на советских истребителях во время Великой Отечественной войны.

Поясним процессы, происходящие в РПК. На верхней строке изображено напряжение с выхода рамочной антенны. Если ось самолета направлена на источник излучения, то есть плоскость рамки перпендикулярна направлению на источник излучения (рис. б), то напряжение с выхода рамки равно нулю. При отклонении оси самолета от направления на источник излучения на рамке появится высокочастотное напряжение. Изменение стороны отклонения приведет к изменению фазы на π. Обратите внимание на такое изменение фазы, показанное на диаграммах.

Напряжение с выхода вертикальной антенны не зависит от направления полета самолета. Сложение напряжений, снимаемых с рамки и с вертикальной антенны, происходит не непосредственно, а после коммутации первого низкочастотным процессом. После сложения получается амплитудно модулированный процесс.

Для ориентации самолета относительно радиостанции, показанной на рис. а), напряжения от рамки и вертикальной антенны совпадают по фазе. Амплитуда напряжения на выходе сумматора меняется в фазе с низкочастотным коммутирующим напряжением.

Если самолет отклоняется в другую сторону от направления на радиостанцию (рис. в)), то фаза напряжения, снимаемого с рамки изменится на обратную, т.е. на 180^о . Это приведет к тому, что при положительном коммутирующем напряжении напряжение рамочной антенны будет вычитаться из напряжения вертикальной антенны, а при отрицательном – складываться. Амплитуда сигнала на выходе сумматора будет меняться в противофазе с низкочастотным коммутирующим напряжением.

Если самолет точно направлен на радиостанцию (рис. б)), то напряжение на рамочной антенне будет равно нулю. Напряжение на выходе сумматора образуется только напряжением вертикальной антенны, и амплитуда его не изменяется.

Таким образом, на выходе амплитудного детектора при точном направлении самолета на радиостанцию напряжение будет равно нулю. При отклонении оси самолета от направления на радиостанцию появится напряжение низкой частоты, причем при изменении стороны отклонения фаза напряжения изменяется на обратную.