无线电测向基础知识

无线电测向运动是竞技体育项目之一，也是业余无线电活动的主要内容。它类似于众所周知的捉迷藏游戏，但它是寻找能发射无线电波的小型信号源（即发射机），是无线电捉迷藏，是现代无线电通讯技术与传统捉迷藏游戏的结合。大致过程是：在旷野、山丘、丛林或公园等优美的自然环境中，事先隐藏好数部信号源，定时发出规定的电报信号。参加者手持无线电测向机，测出隐蔽电台的所在方向，采用徒步方式，奔跑一定距离，迅速、准确地逐个寻找出这些信号源。以在规定时间内，找满指定台数、用时间少者为优胜。通常，我们把实现巧妙隐藏起来的信号源比喻成狡猾的狐狸，故此项运动又称无线电“猎狐”或抓“狐狸”。一、无线电波在无线电技术中，我们把能够向四周空间传播一定距离的交替变化的磁场与电场，叫做无线电波，也称电磁波，简称电波。无线电波属于电磁波中频率较低的一种。我国目前开展的无线电测向运动常见的两个频段：1）3.5MHz——3.6MHz80米波段（83.3m——85.7m）2）144MHz——146MHz2米波段（2.08m——2.055m)无线电测向原理/cf磁场电场电波随着科学技术的不断发展，人们与“无线电”的关系越来越密切了。播送广播节目和电视节目的广播电台和电视台，是通过发射到空间的无线电波把声音和图象传送到千家万户的。简单地回顾一下发射和接收过程：广播电台（电视台）首先把需要向外发射声音和图象变为随声音和图象变化的电信号，然后用一中种频率很高、功率很强的交流电做为“运载工具”，将这种电信号带到发射天线上去。再通过天线的辐射作用，把载有电信号的高频交流电转变为同频率的无线电波（或称电磁波），推向空间，并象水波一样，不断向四周扩散传播，其传播的速度在大气中为每秒30万公里。在电波所能到达的范围内，只要我们将收音机、电视机打开，通过接收天线将这种无线电波接收下来，再经过接收机大放大、解调等各种处理，把原来的电信号从“运载工具”中分离出来，逼真地还原成发射时的声音和图像，我们就能在远隔千里的地方收听（收看）到广播电台（电视台）播出的节目。无线电测向也是利用类似的途径和方式实现的，只是它所发射的仅仅是一组固定重复的莫尔斯电报信号。电台的发射功率小，信号能到达的距离也极为有限。一般在10公里以内。下面介绍一些有关的无线电波的基础知识。1.无线电波的传播途径无线电波按传播途径可分为以下四种：天波——由空间电离层反射而传播；地波——沿地球表面传播；直射波——由发射台到接收台直线传播；地面反射波——经地面反射而传播。无线电测向竞赛的距离通常都在10公里以内，所以，除用于远距离通信的天波外，其它传播方式都与测向有关，80米波段测向，主要使用地波；2米波段测向，主要使用直射波和地面发射波。2.无线电波在传播中的主要特性线电波离开天线后，既在媒介质中传播，也沿各种媒介质的交界面（如地面）传播，其传播的情况是非常复杂的。它虽具有一定的规律性，但对它产生影响的因素却很多。无线电波在传播中的主要特性如下：（1）直线传播均匀媒介质（如空气）中，电波沿直线传播。无线电测向就是利用这一特性来确定电台方位的。（2）反射与折射电波由一种媒介质传导另一种媒介质时，在两种介质的分界面上，传播方向要发生变化。射线由第一种介质射向第二中介质，在分界面上出现两种现象。一种是射线返回第一种介质，叫做反射；另一种现象是射线进入第二种介质，但方向发生了偏折，叫做折射。一般情况下反射和折射是同时发生的。入射角等于反射角，但不一定等于折射角。反射和折射给测向准确性带来很大的不良影响；反射严重是，测向机误指反射体，给接近电台造成极大困难。（3）绕射电波在传播途中，有力图饶过难以穿透的障碍物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率有关，又和障碍物大小有关。频率越低的电波，绕射能力越弱；障碍物越大，绕射越困难。工作于80米波段的电波，绕射能力是较强的，除陡峭高山（相对高度在200米以上）外，一般丘陵均可逾越。2米波段的电波绕射能力就很差了，一座楼房，或一个小山丘，都可能使信号难以绕过去。因此，测向点的选择就成为测向爱好者随时都要考虑的一大问题。（4）干涉直射波与地面反射波或其它物体的反射波在某处相遇时，测向机收到的信号为两个电波合成后的信号，其信号强度有可能增强（两个信号跌叠加）也可能减弱（两个信号相互抵消）。这种现象称为波的干涉。产生干涉的结果，使得测向机在某些接收点收到的信号强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给判断电台距离造成错觉。2米波段测向中，这种现象比较常见。天线发射到空间的电波的能量是一定的，随着传播距离的增大，不仅在传播途中能量要损耗，而且能量的分布也越来越广，单位面积上获得的能量越来越小。反之，距电台愈近，单位面积上获得的能量愈大。在距电台数十米以内，电场强度的变化十分剧烈，反映在测向机耳机中的音量变化也格外明显。这一特点有助于测向者在接近电台后判断电台的距离及其位置。3.天线的架设与电波传播形式的关系当发射天线垂直于地面时，天线辐射电磁波的电场也垂直于地面，我们称它“垂直极化波”；当天线平行于地面时，天线辐射电磁波的电场也平行于地面，我们叫它“水平极化波”。80米波段，规定发射垂直极化波，因而要求发射天线必须垂直架设；2米波段规定发射水平极化波，因而要求发射天线必须水平架设。二、无线电测向机的组成与特点无线电测向机是测向运动员在训练与比赛中赖以测向隐蔽电台方位的工具，根据工作波段的不同，测向机的电路和外形结构也不尽相同。但一部测向机，无论是简是繁，是大是小，都是由测向天线、收信机和指示器三部分组成的。1.测向天线天线是一个能量转换器，它可将发射机馈给的高频电能转换为向空间辐射的电磁能，也可将空间传播的电磁能转换为高频电能输送到接收机。前者称为发射天线，后者称为接收天线。测向天线接收被测电台发出的无线电信号，并对来自不同方向的电波产生不同的感应电势。这是测向机不同于一般收音机的主要区别。目前测向运动中，80米波段测向机都使用磁性天线以及与它相配合的直立天线；2米波段测向机使用八木天线。2.收信机收信机对测向天线送来的感应电势进行放大解调等一系列处理，最后把所需信号送入指示器。一般测向机的收信部分与普通收音机基本相似，但根据测向的特殊需要，它还应具备以下特点：（1）为保证远距离收到隐蔽状态下的小功率电台信号，应有较高的灵敏度。但为使近距离测向时信号不致阻塞，（信号过强时出现的现象）保持良好的方向性，以及能准确判断电台距离，收信机必须有整机放大量调整和衰减信号装置。（2）测向机的音量应随天线感应电势的大小发生明显的变化。收音机中为提高音量稳定而设置的自动音量控制电路，不能用于测向机。（3）测向机的外形结构设计应适应剧烈运动的需要，即坚固、防雨、防震、便于携带和操作。（4）除天线外，其余部件不得接收电波，以防破坏测向机的方向性。因此，应使用金属外壳将整机屏蔽。3.指示器指示器将天线对不同方向电波的反应显示出来.目前,测向机都采用耳机作指示器,通过它将电信号还原成声音,依靠耳机中声音大小判断电台方向。三、测向天线的基本工作原理测向机的主要功能是测定发信电台的方向，这就要求测向机必须具备良好的方向性。这主要依赖测向天线的设计与制作。1.直立天线工作原理直立天线和信号源距离固定，直立天线上产生的感应电动势E直的有效值均相等：E直=Emax直立天线称为无方向性天线，其接收方向特性图称为圆形图。2.磁性天线工作原理80米波段测向使用的磁性天线，由磁棒和绕在磁棒上的天线线圈及引线、屏蔽罩组成。基本结构如图所示。下图为将磁性天线平行于地面放置，并接收垂直极化波时的俯视图。电波从左向右传播，其磁场方向必定垂直于电波传播方向，并与地面平行（如图中虚线所示）。磁性天线的输出电势E会随θ的改变而变化。θ当磁棒轴线对准电台，磁棒轴线与电波传播方向平行（θ=0°、θ=180°），磁场方向与磁棒轴线垂直，即磁力线与天线线圈截面平行，磁力线无法顺着磁棒穿过线圈，线圈中没有变化的磁力线，线圈感应电势为零，即E磁=0。耳机声音最小，甚至完全没有声音，此时磁性天线正对着电台的那个面，称小音面或小音点、哑点；当磁棒轴线与传播方向垂直时（θ=90。，θ=270。），磁场方向与磁棒平行，磁棒聚集最多的磁力线通过线圈，线圈中的感应电动势最大。耳机声音最大。磁棒轴线与传播方向成其它角度时，多少会有一部分磁力线通过磁棒，天线有感应电势。耳机声音不是最小，音量会随着角度的变化而变化。θ愈接近0。或180。，E磁愈小；θ愈接近90。或270。，E磁愈大。总之，E磁随θ的变化而变化，其变化情况可用下图表示，这就是磁性天线的“8”字形方向图。θ电波的传播方向E磁=Emaxsinθθ是电磁波的传播方向与磁性天线轴线之间的夹角，电磁波的传播方向与磁性天线轴线平行θ=0°（或180°），感应电动势为0；电磁波的传播方向与磁性天线轴线垂直θ=90°（或270°），感应电动势最大。θ电波的传播方向当用耳机作为测向机指示器时，所发声音将随感应电动势的大小而变化。若转动磁性天线一周，当磁棒轴线正指电台时，耳机声音最小或完全无声，此时称小音点或哑点；当磁棒轴线的垂直方向对着电台时，耳机声音最大，此时磁性天线正对着电台的那个面称大音面，或大音点。在测向中，只要转动磁性天线，找出哑点，发射台必定位于磁棒轴线所指的直线上，这就是通常所说的测双向定线。在其它条件不变的情况下，磁性天线转动180°，E磁改变极性。设在0°～180°范围内的感应电势为正值，则180°～360°的感应电势为负值。θ电波的传播方向由磁性天线的方向图可知，天线转动一周，测向机将出现两个声音最大处和两个声音最小处，即磁性天线的方向图具有双值性。利用这一点，可以测定电台所处的一条位置线，但判断不出它究竟处在位置线上的哪一边。因此，仅具有双值性的测向机在测向运动中是不能使用的，还必须使测向机具有单值性。磁性天线和直立天线组成的复合天线，就是具有单值性的测向天线。直立天线和磁性天线同时用于测向，称为无线电测向机的复合天线。现设直立天线的电势等于Emax，并为正值；设磁性天线的电势最大值也等于Emax复合天线的感应电势：E=E直+E磁=Emax+Emaxsinθ=Emax（1+sinθ）由图可见，上半部分各方向上的两天线电势极性相同，合成电势为两电势之和；下半部各方向上两电势的极性相反，合成电势为两电势之差。总的合成结果是一个实线所示的心脏形方向图。复合天线心脏形示意图从这个方向图看出，磁性天线转动一周时，只有个一方向（即θ=270°）使信号消失；也只有一个方向（即θ=90°）信号最强。这样就克服了磁性天线的双值性，获得了单方向性能。我们把信号强的这个面叫做单向大音面，简称大音面。利用大音面就可直接测出电台在哪一边，即“定边”。PJ-80测向机组成及工作原理电路框图L1为磁棒天线，A为拉杆天线，K1为单、双向转换开关，用于判断电台方向，BG1及外围电路组成高频放大器，将天线接收的高频摩尔斯码信号放大后由B1耦合输出。BG3、C14、C15、D2、C16、C17及C18组成可调式变形电容三点式振荡器，调节W2可改变变容二极管D2反偏电压，从而改变该管电容量使振荡频率发生变化。稳压管D3用于消除因电池电压下降造成振荡频率不稳。振荡信号与B1输出的高频信号叠加，再由二极管D1混频产生差拍信号，经检波和低通滤波后产生的音频信号由BG2、LM386组成的低频功放电路放大，这里D1起到混频和检波双重作用。K2为耳机插座控制的电源开关，使用立体声耳机时K3合上。测向机的使用一、80米波段持机方法直立式测向机，其正确就持机方法：右手握机，大拇指靠近“单、双向开关”，其它四指握向测向机，手背一面是大音面；左手调节音量和调谐旋钮。二、收听信号的步骤使用80米测向机来收听信号的过程是：将耳机插入插孔中，头戴耳机；拉出直立天线；开启电源开关，将“音量”旋钮至最大位（此时耳机内有较大的沙沙声）。然后缓慢调整“调谐”旋钮，注意收听电台信号。当突然听到某一异样声音时，将“调谐”旋钮更缓慢地左右细调，直到声音最大、最清晰为止，还要仔细辨听该信号是