淺析無(wú)線電測(cè)向本機(jī)誤差及解決途徑

摘要：無(wú)線電通信測(cè)向機(jī)作為一種測(cè)量設(shè)備，與其他各種測(cè)量?jī)x器一樣，在測(cè)向過(guò)程中，總會(huì)由于各種各樣的原因而造成測(cè)向誤差。本論文中重點(diǎn)研究無(wú)線電通信測(cè)向機(jī)本機(jī)誤差，細(xì)致分析了由于測(cè)向機(jī)（包括天線體系、終端示向設(shè)備）本身的各種缺陷導(dǎo)致測(cè)向過(guò)程中產(chǎn)生的示向度誤差，并提出了校正方法。

關(guān)鍵詞：無(wú)線電測(cè)向；誤差分析；測(cè)向理論

通過(guò)分析測(cè)向機(jī)（包括天線體系、終端示向設(shè)備）本身的各種缺陷，包括該測(cè)向機(jī)所運(yùn)用的測(cè)向體制工作原理上固有的誤差；生產(chǎn)制造與安裝架設(shè)所引起的誤差；天線、饋線系統(tǒng)引起的天線效應(yīng)，以及接收機(jī)、顯示器性能不理想而產(chǎn)生的誤差等，研究并提出校正方法，為無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)的選型提供參考，達(dá)到對(duì)無(wú)線電波的測(cè)向科學(xué)、準(zhǔn)確、高效。

本機(jī)誤差產(chǎn)生原因及解決辦法。

本機(jī)誤差是由于測(cè)向機(jī)（包括天線體系、終端示向設(shè)備）本身的缺陷導(dǎo)致測(cè)向過(guò)程中產(chǎn)生的示向度誤差。這些缺陷包括，該測(cè)向機(jī)所運(yùn)用的測(cè)向體制工作原理上固有的誤差；生產(chǎn)制造與安裝架設(shè)所引起的誤差；天線、饋線系統(tǒng)引起的天線效應(yīng)，以及接收機(jī)、顯示器性能不理想而產(chǎn)生的誤差等。與測(cè)向機(jī)周?chē)h(huán)境和場(chǎng)地的影響而產(chǎn)生的誤差、電波傳播引起的測(cè)向誤差、測(cè)量誤差等幾類(lèi)誤差相比，本機(jī)誤差對(duì)無(wú)線電測(cè)向工作者來(lái)尤為重要。主要是原因有這么兩個(gè)，一是本機(jī)誤差和測(cè)試系統(tǒng)密切相關(guān)，研究本機(jī)誤差對(duì)于進(jìn)行系統(tǒng)選型配置具有至關(guān)重要的指導(dǎo)意義；二是本機(jī)誤差與安裝架設(shè)系統(tǒng)密切相關(guān)，把握產(chǎn)生機(jī)理有助于主動(dòng)減少本機(jī)誤差，增加測(cè)向準(zhǔn)確度，提高工作效率。

1 旋轉(zhuǎn)環(huán)形天線的本機(jī)誤差

天線效應(yīng)引起的誤差。由于產(chǎn)生天線效應(yīng)的原因是環(huán)形天線本身電氣結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性以及傳輸饋線的不對(duì)稱而導(dǎo)致接收機(jī)輸入的不平衡，還有天線周?chē)h(huán)境（包括地面）對(duì)天線、饋線造成影響的不對(duì)稱性。這些不對(duì)稱性會(huì)導(dǎo)致在接收電波時(shí)產(chǎn)生一個(gè)附加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且該電動(dòng)勢(shì)與來(lái)波方向無(wú)關(guān)，具有“全向”性質(zhì)。它與環(huán)形天線定向接收產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幾何相加，會(huì)使“8”字形方向圖特性產(chǎn)生“小音點(diǎn)軸曲”或“小音點(diǎn)模糊”或兩者兼而有之的畸變。從而使測(cè)向引起誤差。消除天線效應(yīng)的根本措施是使天線體系（含饋線）與周?chē)h(huán)境保持良好的對(duì)稱性。

位移電流效應(yīng)引起的誤差。位移電流效應(yīng)發(fā)生在多匝環(huán)形天線，尤其是立體多匝環(huán)形天線中，由于每一匝環(huán)處于不同的電位，通過(guò)匝間的分布電容在各匝環(huán)中會(huì)產(chǎn)生位移電流。這樣就使多匝環(huán)形天線的側(cè)面又等效成一個(gè)環(huán)形天線。因此，多匝環(huán)形天線的總輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就應(yīng)包括它接收電波所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在使“8”字形方向特性圖發(fā)生畸變，引起“小音點(diǎn)軸偏”或“小音點(diǎn)模糊”?；蛘呤沁@二種畸變同時(shí)存在。這樣就使測(cè)向帶來(lái)誤差。直接接收引起的誤差。所謂直接接收是指環(huán)形天線的饋線、接收機(jī)的線圈與其它導(dǎo)線直接接收空間電磁場(chǎng)而感應(yīng)產(chǎn)生無(wú)方向性的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成無(wú)方向性接收，產(chǎn)生與主感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相互作用的附加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)附加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之間的相位關(guān)系，將使天線方向特性圖產(chǎn)生相應(yīng)的畸變。如果兩者是同相分量就引起“小音點(diǎn)位移”（每當(dāng)環(huán)形天線旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，誤差改變一次符號(hào)）：而異相分量則引起“小音點(diǎn)模糊”。

消除因直接接收帶來(lái)測(cè)向誤差的措施是：其一可將測(cè)向設(shè)備，尤其是天線饋線加以全部屏蔽；其二是在接收機(jī)的輸入端加入去禍濾波電路，以消除殘剩在饋線上、電源線上由直接接收產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

接收機(jī)的反射與輻射。因?yàn)榻邮諜C(jī)本身也是電的良導(dǎo)體。它可以把投射到它上面的電磁波反射到天線所在空間，從而形成一個(gè)反射電磁場(chǎng)。另外經(jīng)接收機(jī)接收、放大的射頻信號(hào)泄漏也將產(chǎn)生一個(gè)二次輻射場(chǎng)。這些電磁場(chǎng)在天線周?chē)c來(lái)波電磁場(chǎng)的合成將使來(lái)波的波陣面發(fā)生畸變，從而引起測(cè)向誤差或天線方向特性圖的小音點(diǎn)模糊。

消除這類(lèi)影響的方法和消除直接接收造成的影響的方法相類(lèi)似，應(yīng)將整個(gè)接收機(jī)加以屏蔽。

環(huán)形天線軸的傾斜引起的誤差。當(dāng)環(huán)形天線架設(shè)時(shí)，如果天線軸發(fā)生傾斜，例如垂直架設(shè)的環(huán)形天線其軸線與地面的垂線有△?漬的傾斜角度，則可以由下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算產(chǎn)生的最大誤差：

對(duì)于地面上的設(shè)備，在架設(shè)天線中可以做到使這個(gè)誤差很小，而對(duì)于船舶或飛機(jī)，往往因?yàn)椤?漬比較大，使這個(gè)誤差也就比較大。例如：當(dāng)△?漬=300時(shí)，引起的誤差就達(dá)4°左右。

刻度盤(pán)的偏心引起的誤差。當(dāng)環(huán)形天線的方向度盤(pán)相對(duì)環(huán)形天線軸有偏心時(shí)，亦會(huì)引起測(cè)向誤差。若在0°～180°方向上的偏心為自（弧度），在90°～270°方向上的偏心為勺（弧度）時(shí)，則產(chǎn)生的測(cè)向誤差可按下式計(jì)算：

式中，R為度盤(pán)的半徑（米）， ?茲為所得示向度。

此外，當(dāng)度盤(pán)刻度不均勻或度盤(pán)零點(diǎn)未經(jīng)校準(zhǔn)也是都會(huì)引起測(cè)向誤差。

間隔雙環(huán)天線體系中兩個(gè)環(huán)形天線不平行引起的誤差在間隔雙環(huán)天線體系中，除了有上述單環(huán)天線存在誤差外，還存在由于兩個(gè)環(huán)形天線不平行所引起的誤差。

假設(shè)兩個(gè)環(huán)面相對(duì)其正確的位置分別偏轉(zhuǎn)了△?茲和△?茲2角度。則在各個(gè)環(huán)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式中，分別可用（?茲＋△?茲1）與（?茲＋△?茲2）來(lái)代替?茲。如果，△?茲1和△?茲2很小，則運(yùn)用下列近似公式來(lái)計(jì)算：

因此，對(duì)于這種不平行的間隔雙環(huán)天線，好象是在原雙環(huán)天線的垂直方向上加了一對(duì)相對(duì)有效高度值為△?茲1和 △?茲２（弧度）的小環(huán)形天線。這樣，天線體系的合成方向特性圖應(yīng)為在原雙環(huán)天線的方向圖上又加上一對(duì)垂直于原天線體系的小環(huán)形天線方向圖。同時(shí)，此小環(huán)形天線上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能與原天線上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是同相或反相。因此，這對(duì)附加的等效小環(huán)形天線的作用就相當(dāng)簡(jiǎn)單的環(huán)形天線一樣。若△?茲1≠△?茲２，則所產(chǎn)生的天線效應(yīng)與環(huán)形天線的不平行角（△?茲1－△?茲２）成正比關(guān)系。為了限制這種有害的影響，相應(yīng)的對(duì)間隔雙環(huán)的平行度提出了要求。允許由這種影響引起的最大誤差為30'，則間隔雙環(huán)平行的精確度應(yīng)達(dá)到10'～15'。

2 間隔垂直天線體系的本機(jī)誤差

分離間隔天線的使用方式，可以是旋轉(zhuǎn)的，也可以是固定天線配以角度計(jì)。它們所呈現(xiàn)的天線效應(yīng)是會(huì)有所差異的。另外，這種間隔垂直天線體系中，同樣存在著直接接收、接收機(jī)的反射等引起的誤差。至于測(cè)角系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的缺陷，如：角度計(jì)搜索線圈軸的偏心、角度計(jì)度盤(pán)的偏心以及示向度指示度盤(pán)安裝不正確等，也會(huì)引起誤差。這些誤差與旋轉(zhuǎn)環(huán)形天線體系一樣，會(huì)引起測(cè)向誤差。此外，間隔天線體系還有一些引起本機(jī)誤差的特殊誤差來(lái)源。主要是安裝不對(duì)稱、天線阻抗相位角不一致以及兩天線上電流的振幅值不相等等。

當(dāng)兩根間隔垂直天線關(guān)于接收機(jī)安裝架設(shè)得不對(duì)稱，亦即它們對(duì)中心點(diǎn)的距離不相等時(shí)，在接收機(jī)輸入端上取自兩天線接收電波而傳輸來(lái)的電流，得到差電流。顯然，該差電流除了與兩分離天線上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、兩天線的阻抗、傳輸饋線的幾何長(zhǎng)度與介電常數(shù)有關(guān)。還與兩分離天線分別至接收機(jī)的距離、來(lái)波方問(wèn)等因素有關(guān)。如果差電流為零，即可求出小音點(diǎn)。但由于安裝不對(duì)稱，兩天線饋線的幾何長(zhǎng)度不等。這樣，由差電流為零得到的小音點(diǎn)將為?茲０與180-?茲０。換言之，兩小音點(diǎn)之差不是180°。因此，出現(xiàn)小音點(diǎn)軸曲，且軸曲的大小取決于兩天線相對(duì)對(duì)稱位置的偏移量。事實(shí)上，它與天線效應(yīng)中的同相分量電勢(shì)的影響類(lèi)似。當(dāng)然，這種小音點(diǎn)軸曲會(huì)引起測(cè)向誤差。反言之，允許一定的示向度誤差時(shí)，相應(yīng)地對(duì)兩天線對(duì)于接收機(jī)的位置安裝的對(duì)稱性提出精確程度的要求。如允許示向度誤差為0.25°～0.5°。則兩天線相對(duì)于接收機(jī)位置的對(duì)稱性應(yīng)精確到0.44～0.87％?？傊?，為避免或減小類(lèi)似于天線效應(yīng)而產(chǎn)生的小音點(diǎn)軸曲與小音點(diǎn)模糊，必須使兩間隔垂直天線盡可能對(duì)稱地安裝。同時(shí)，應(yīng)使兩天線一饋線在電氣性能上保持一致。

結(jié)論。無(wú)線電通信測(cè)向機(jī)作為一種測(cè)量設(shè)備，與其他各種測(cè)量?jī)x器一樣，在測(cè)向過(guò)程中，總會(huì)由于各種各樣的原因而造成測(cè)向誤差，亦即由測(cè)向機(jī)通常所測(cè)得的示向度于被測(cè)目標(biāo)的真實(shí)方位角之間往往存在著或大或小的誤差。如何才能成功、順利實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線電波的測(cè)向，是這些年來(lái)工作者都在研究的問(wèn)題。必需要對(duì)測(cè)向過(guò)程中產(chǎn)生的各種誤差的原因作出合理的分析，才能從中找出補(bǔ)償、消除或減小的辦法和措施，是提高測(cè)向機(jī)的準(zhǔn)確度必須進(jìn)行的工作，具有非常重要的意義。 本機(jī)誤差是客觀存在，但只要通過(guò)掌握其產(chǎn)生的機(jī)理，運(yùn)用科學(xué)方法和手段，就可以把它降低一定程度，不影響測(cè)向系統(tǒng)的科學(xué)、高效、準(zhǔn)確應(yīng)用，從而提高無(wú)線電管理監(jiān)測(cè)測(cè)向工作技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]徐子久，韓俊英，電波特性與無(wú)線電檢測(cè)，中國(guó)無(wú)線電管理，2002.06

[2]彭濤，無(wú)線電測(cè)向的誤差分析及對(duì)策，中國(guó)無(wú)線電管理，2002.03