機(jī)載無線電羅盤定向原理研究

田 鵬 金 皓 王春雨

（1.中國人民解放軍空軍航空大學(xué)飛行教官訓(xùn)練基地一團(tuán)，吉林 長春 130022；2.中國人民解放軍空軍航空大學(xué)飛行器控制系，吉林 長春 130022）

無線電羅盤是利用無線電技術(shù)進(jìn)行定向的導(dǎo)航設(shè)備。它可以根據(jù)地面導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的無線電波的來向，自動(dòng)地測(cè)出電臺(tái)相對(duì)方位角。飛行員可借助于航向指示器所指示的電臺(tái)相對(duì)方位角，飛越戰(zhàn)區(qū)或返回基地，所以羅盤對(duì)保障作戰(zhàn)訓(xùn)練、飛行安全起著重要的作用。

1 功用

無線電羅盤的主要功用是自動(dòng)定向。它是利用羅盤天線接收地面導(dǎo)航臺(tái)(無線電臺(tái))發(fā)射的無線電波，使測(cè)角系統(tǒng)的搜索線圈自動(dòng)跟蹤電波來向，因而能連續(xù)地測(cè)出從飛機(jī)縱軸順時(shí)針到電波來向的角度，并由航向指示器指示出這個(gè)角度——電臺(tái)相對(duì)方位角（DXF）。飛行員根據(jù)此方位角，就可以駕駛飛機(jī)向?qū)Ш脚_(tái)飛行或背導(dǎo)航臺(tái)飛行；可以測(cè)定飛機(jī)所在位置：在能見度不好時(shí)，還可以與無線電高度表、信標(biāo)接收機(jī)等配合，進(jìn)行儀表著陸等。

2 羅盤定向基本原理

2.1 環(huán)形天線的方向性

環(huán)形天線是一種常用的方向性天線，它是一個(gè)多匝線圈，并繞在由高頻導(dǎo)磁材料制成的矩形鐵心上，其電波傳播與環(huán)形天線的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 電波與環(huán)形天線的關(guān)系

圖2 環(huán)形天線方向圖

當(dāng)電波通過環(huán)形天線時(shí)，環(huán)形天線產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為：

式中，Epm為環(huán)形天線感應(yīng)電勢(shì)的振幅，其表達(dá)式為：

式中，N 為環(huán)形天線的匝數(shù)，λ 為無線電波的波長，S 為環(huán)形天線的閉合面積，θ 為環(huán)形天線平面與電波傳播方向的夾角。由公式（1）和（2）可知，環(huán)形天線的感應(yīng)電勢(shì)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

第一，環(huán)形天線感應(yīng)電勢(shì)和電波場(chǎng)強(qiáng)的相位相差90°。

第二，環(huán)形天線的感應(yīng)電勢(shì)的大小和電波在水平平面上的來向有關(guān)，當(dāng)θ 為90°或270°時(shí)，cosθ＝0，環(huán)形天線的感應(yīng)電勢(shì)為零；當(dāng)θ 為0°或180°時(shí)，cosθ＝±1，環(huán)形天線的感應(yīng)電勢(shì)絕對(duì)值最大；當(dāng)電波的來向相反時(shí)，環(huán)形天線感應(yīng)電勢(shì)的相位也正好相差180°?？芍h(huán)形天線的方向圖是一個(gè)“∞”字形，如圖2 所示。

第三，環(huán)形天線的感應(yīng)電勢(shì)的大小與環(huán)形天線的閉合面積S 成正比，與電波波長λ 成反比。所以，為了提高環(huán)形天線感應(yīng)電勢(shì)的振幅值，可通過增大環(huán)形天線的閉合面積或減小電波的波長來實(shí)現(xiàn)，但是增大面積和減小波長又都受到一定的限制。

2.2 垂直天線的方向性

某型無線電羅盤是采用刀形天線作垂直天線用，它實(shí)際上是一個(gè)垂直接地天線。為了適應(yīng)高速飛行的需要，它并不是與飛機(jī)機(jī)體完全垂直，而是向后傾斜一個(gè)角度。導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的無線電波，對(duì)垂直天線來說，在水平面上不論電波從哪個(gè)方向來，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，垂直天線都能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)導(dǎo)航臺(tái)的發(fā)射功率和到天線的距離一定時(shí)，天線對(duì)任何方向來的電波，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都一樣大。因此，垂直天線本身沒有方向性，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與來波方向無關(guān)。

2.3 復(fù)合天線的方向性

利用環(huán)形天線定向時(shí)，要連續(xù)旋轉(zhuǎn)環(huán)形天線。當(dāng)耳機(jī)輸出為零、聲音最小時(shí)，則環(huán)形天線的法線方向即為被測(cè)電臺(tái)的方向。此時(shí)，環(huán)面正對(duì)電臺(tái)。但是，由于環(huán)形天線“∞”字形的方向圖的對(duì)稱性，環(huán)形天線旋轉(zhuǎn)一周中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)無音點(diǎn)。所以，無法判斷出電臺(tái)在這一方向上，還是在相反的方向上。這就是說，僅僅利用環(huán)形天線定向，有可能產(chǎn)生180°的誤差。為了消除上述誤差，一般采用復(fù)合天線定向方法。

復(fù)合天線是由具有方向性的環(huán)形天線和沒有方向性的垂直天線組成的，兩者復(fù)合后能得到一個(gè)心臟形的方向圖。它只有一個(gè)零點(diǎn)，克服了180°誤差，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確定向。

［1］李洪烈.WL-8 無線電羅盤[J].海軍航空工程學(xué)院，2003，11.

［2］周騫，劉光祜，李明奇.一種新型無線電羅盤定向系統(tǒng)[J].信息電子與工程，2005(4).

［3］常曉東.WL-8 無線電羅盤故障判斷與處置[J].教育訓(xùn)練，2008(3).