80米波段无线电测向机的单向问题

80米波段无线电测向机的单向问题【摘要】本文从无线电测向活动实际开展中遇到的单向问题入手，深入研究80米波段测向机的内部天线接受原理，并通过大量实验，提出了两种改进的方法，从而达到改善单向效果的目的。【关键词】无线电测向；单向；天线；调相电阻无线电测向活动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。在无线电测向活动中，我们需要利用手中的测向机去判断电台的方向，所以对机器本身的性能特别是方向性提出了很高的要求。如果机器本身的方向性能不佳，我们就不能准确地判断电台的大致方向，找台也随之费时又费力。通过多年的无线电测向活动，我们发现不管是80米波段还是2米波段的测向机，其双向性能都较好，但是对单向而言，2米波段的测向机效果特别好，而80米波段的测向机单向效果不明显，所以笔者就针对实践中遇到的这一问题进行了研究。1.80米波段测向机的内部原理电路及其单向电路的原理1.180米波段测向机的内部原理电路PJ-80型测向机由测向天线、高频放大级、可调差拍振荡器、差频检波器、音频前置放大级、音频功放级及耳机等组成。其内部电路如图1所示。测向天线接收到3.5—3.6MHz的等幅电报信号后，送至高频放大级进行放大。放大后的信号与可调差拍振荡器产生的1.75—1.8MHz振荡信号的二次谐波一起加到差频检波级。调整差拍振荡器的频率，使其产生比接收信号高或低lKHz的信号。此信号与高放输出信号进行差频检波，得到lKHz的低频信号。然后再送至低频放大级和功率放大级加以放大，最后送至耳机，我们即可收听到电报信号了。1.2测向天线电路这个部分包括磁性天线、直立天线、调相电阻R15以及控制直立天线的接入或断开的“单向—双向开关”K1。磁性天线线圈L1与C1等元件构成串联谐振回路，电台的磁场穿过磁棒时在L1内感应出电流，只有有用频率的信号分量才能在L1和L2、C1两端形成最大的信号电压。1.2.1磁性天线的工作原理及双向的测定磁性天线由磁棒、线圈、引线和屏蔽罩组成。磁性天线平行于地面放置，并接收垂直极化波。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。磁性天线的输出电势E磁会随θ的改变而变化。当磁棒轴线与电波传播方向平行时（θ=0o或θ=180o），磁场方向与磁棒垂直，磁力线无法顺着磁棒穿过线圈，线圈感应电势为零，即e磁=0。当磁棒轴线与传播方向垂直时（θ=90o或θ=270o），磁场方向与磁棒平行，磁棒聚集最多的磁力线通过线圈，线圈中的感应电势最大。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，天线有电势输出。θ愈接近0o或180o，e磁愈小；θ愈接近90o或270o，e磁愈大。总之，e磁随θ的变化而变化，这就是磁性天线的“8”字形方向图，如图2所示。当用耳机作为测向机指示器时，所发声音将随e磁的大小而变化。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。但磁性天线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。1.2.2直立天线直立天线在水平平面的方向图上它是一个圆。天线转动360o，感应电势e直的大小和极性都不会变化。1.2.3具有单值性的复合天线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。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。从这个方向图可以看出，磁性天线转动一周时，只有一个方向（即θ=270o）使信号消失；也只有一个方向（即θ=90o）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”。心脏形方向图可直接用于测向，但因测向误差大，一般只作单向鉴别用。2.80米波段测向机的单向问题及解决措施2.1单向问题的理论分析在实际的无线电测向活动中，80米波段的测向机单向效果有时不明显，给测向带来很大的困难。理论上，如果磁性天线和直立天线在合成时相位能够保持一致的话，复合天线的单值性是比较理想的，但实际中单向性能受很多操作因素的影响，比如说测向的方法是否正确，音量是否恰当，频率是否调准，直立天线的长度是否合适等等，本文不讨论这些外界的人为影响，而只从单向电路本身探讨。对于磁性天线，LC回路处于谐振状态，电路成电阻性，i磁和e磁同相位；而如果按下单向开关，再接入直立天线的话，情况就复杂些。由于直立天线高度小于波长的1/4，即可等效为RA、CA串联电路，而LC回路依然处于谐振状态（呈高阻性RAB）。此时，如果调相电阻R15足够大，满足RA+R15+RAB》XCA，则直立天线回路也可视作呈电阻性，此时i直和e直同相位，进而可以得到e磁和e直在合成处电压相位是几乎相同的，从而获得明显的单方向性。2.2调相电阻的实验法选取从上面的分析中，我们知道调相电阻的选取是非常关键的，调相电阻取值越大，单向效果越好。但是，从整机电路而言，调相电阻取值大了，整机灵敏度会下降，整机的接受范围也随之下降。所以一般调相电阻取值几千欧到几十千欧，我们常用的北京拓普雷公司生产的PJ-80型测向机中调相电阻R15为固定的值——-18K。笔者将它替换成50K的可调的电位器，然后在一定的距离下改变调相电阻的阻值，观察其单向的可辨性，可辨性能达到要求打“√”。通过大量的实验得到以下数据，如表1和图3所示。通过实验更加理解了调相电阻R15的作用，它是用来改变测向机单向灵敏度的电阻。如果调相电阻为10K时，单向可辨的覆盖范围最宽，如果为15K或18K时，较远距离的单向效果较好，而调相电阻为5K时，较近距离的单向效果较好。2.3改善单向性能的方法在远台区的时候，测向机收到的声音信号比较小，选用阻值比较大的R15可以提高单向的灵敏度；到了近台区，距离较近，声音信号会很大，影响单向的分辨，所以近台区尽量选用阻值比较小的R15，来降低它的灵敏度。再结合到我们实际的测向当中，由于现在的80米测向都是短距离测向，单台距离都不会超过500M，所以调相电阻可以选择为10K。这样兼顾了近台区和远台区的灵敏度。另外，我们也可以设计一个改进型单向电路（如图4所示），使用两个不同阻值（5K和18K）的电阻，将他们并联然后接上两段式的波段开关。当在远台区需要辨别单向的时候，可将波段开关打在高灵敏度的电阻（18K）上；到了近台区，由于声音信号太大而无法分辨单向时，又可打回低灵敏度的电阻（5K）上。改进后的整机PCB图如图5所示。参考文献[1]无线电测向社会体育指导员教材[M].国家体育总局，2006.[2]HerbertAltrichter，PeterPosch，BridgetSomekh（1997）.Teachersinvestigatetheirwork：anintroductiontothemethodsofactionresearch.[3]张肃文，陆兆雄.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2001.[4]苏燕生.无线电“猎狐”和全程定向越野训练学[M].北京：国防工业出版社，2010.[5]陈梓城，邓海.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2010.[6]林成桐.高频电子线路[M].北京：机械工业出版社，2010.[7]林春方.高频电子线路[M].北京：电子工业出版社，2007.[8]郑众，武增银，贾振强.无线电测向比赛中的做法和技巧[J].中国无线电，2004（5）.