无线电测向原理

无线电测向原理无线电波在均匀介质 (如空气)中，具有直线传播的特点。

只要测出电波传播的方向，就可以确定出信号源（发射台）所在方向。

无线电测向是指通过无线电测向机测定发射台（或接收台）方位的过程，但是无线电测向运动中，要快速寻找隐蔽巧妙的信号源，必须掌握无线电波的传播规律。

一、无线电波的发射与传播无线电波既看不见，也摸不着，却充满了整个空间。

广播、移动通讯、电视等，已经是现代社会生活必不可少的一部分。

无线电波属于电磁波中频率较低的一种，它可直接在空间辐射传播。

无线电波的频率范围很宽，频段不同，特性也不尽相同。

我国目前开展的无线电测向运动涉及三个频段:频率为1.8—2兆赫的中波波段，波长为150—166.6米，称160米波段测向；频率为3.5—3.6兆赫的短波波段，波长为83.3—85.7米，称80米波段测向；频率为144—146兆赫的超短波段，波长为2.08—2.055米，称2米波段测向。

（一）无线电波的发射过程无线电波是通过天线发射到空间的。

当电流在天线中流动时，天线周围的空间不但产生电力线 (即电场)，同时还产生磁力线。

其相互间的关系，如图2-1-1所示。

如果天线中电流改变方向，空间的电力线和磁力线方向随之改变。

如果加在天线上的是高频交流电，由于电流的方向变化极快，根据电磁感应的原理，在这些交替变化的电场和磁场的外层空间，又激起新的电磁场，不断地向外扩散，天线中的高频电能以变化的电磁场的形式，传向四面八方，这就是无线电波。

从图2-l可知，电力线 (即电场)方向与天线基本平行，磁力线 (磁场)的形状则是以天线为圆心，与天线相垂直的方向随之变化的无数同心圆。

图2-1-1 无线电波的发射（二）无线电波的特性l.无线电波的极化交变电磁场在其附近空间又激起新的电磁场的现象称无线电波的极化。

空间传播的无线电波都是极化波。

当天线垂直于地平面时，天线辐射的无线电波的电场垂直于地平面称垂直极化波。

天线平行于地平面时，天线辐射的无线电波的电场平行于地面称水平极化波。

无线电测向竞赛规则规定，160米波段和80米波段测向使用垂直极化波，2米波段测向使用水平极化波。

2.电场、磁场与电波传播方向之间的关系天线辐射的无线电波，电场方向与天线平行，磁场方向与天线垂直，电场与磁场相互垂直，又都垂直于电波传播的方向，并且电场和磁场同时出现最大值和最小值 (即相位)相同。

3.频率和波长的关系如果将空间视为均匀介质，无线电波在其中沿直线匀速传播，其速度与光速相同。

波长 (入)与频率 (f)成反比，其关系式为:入=V/f 其中:入——无线电波波长 (米)；V——无线电波传播速度；F——无线电波频率 (赫兹)二、无线电波的传播无线电波在空间的传播情况十分复杂，既在媒介中传播，也沿各种媒介的交界面(如地面)传播。

在传播中，由于频率不同、介质不同、途径不同，其规律及产生的现象不尽相同。

无线电波的传播，按传播途径，大致可分为地波、天波、直接波、地面反射波四种 (见图2-1-2)。

沿地球表面传播的无线电波称地波；由电离层反射传播的无线电波叫天波，也称电离层反射波；从发射天线出发直接到达接收天线的无线电波叫直接波，也称直射波；从发射天线出发经地面反射后到达接收天线的无线电波，称地面反射波。

图2-1-2 无线电波的传播方式（一）地波传播无线电波沿地球表面传播有绕过突起障碍物的能力，这种现象称绕射。

绕射能力的强弱取决于无线电波频率的高低或波长的长短及障碍物的大小。

频率越低绕射能力越强；障碍物越大绕射越困难。

因此，160米波段绕射能力最强，80米波段绕射能力较强，除陡峭山峰对电波的传播影响较大外，一般的丘陵均可逾越，2米波段电波的绕射能力很弱。

由于地面情况稳定，地波在传播过程中又不与高空的电离层接触，通讯质量高而可靠，故被广泛应用于中波广播和通讯中，160米波段测向和80米波段测向，均采用地波。

（二）天波传播光的传播会产生反射和折射，无线电波遇到不同的介质，同样也具备这种特性。

早在1901年，英、美两国的业余无线电爱好者利用短波波段突然沟通了联络感到十分惊奇，因为在这之前已经证明了，采用地波传播的无线电波是无法跨越大西洋的。

这一重大发现得到当时整个无线电界的重视，后来终于发现，在离地面60—2000公里的高空，存在着电离层，此空间的气体，在太阳紫外线、太阳表面喷射出来的微粒流及其它射线的作用下，使原子中的电子离开气体原子而游离到空间，形成自由电子和正离子，这就是电离现象，产生大气电离的区域叫电离层。

短波波段的无线电波遇到电离层会产生反射 (或折射)回到地面，才实现了数千公里以至上万公里的无线电通讯。

实践还证明，超短波传至电离层时，不被反射而是穿过电离层向外层空间传播。

由于电离层不够稳定，致使天波通讯的质量较差，但它具有用不大的功率和较简单的设备来完成远距离通讯的突出优点。

由于无线电测向运动的距离仅为数百米至数公里，不采用天波传播方式。

（三）超短波传播30兆赫以上的无线电波称超短波 (包括微波)。

由于地球表面存在一定弧度，直线传播的视线距离取决于发射天线的架设高度和接收天线的架设高度。

当然实际的通讯距离还要由发射功率、接收机灵敏度和地面起伏情况等因素来确定。

2米波段测向属超短波传播，主要使用直射波和地面反射波，故一些高山、峭壁、高大建筑及其它地面物体，对超短波的传播产生较大影响，导致信号强度明显减弱或测向误差明显增大。

三、天线天线是一个能量转换器，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。

发射天线和接收天线的主要参数和特性都是相同。

例如，某根天线用作发射天线时，它向某一方向辐射的无线电波最强，而当用作接收天线时，同样也是对这个方向来的天线电波接收最强，说明发射天线和接收天线具有可逆性。

（一）天线的方向性天线的方向性是指天线向一定方向辐射或者接收来自某一方向无线电波的能力。

某一天线向空间辐射无线电波时，并不是向任何一个方同辐射的强度都一样。

不同的天线向各方向辐射的场强也不同，说明天线发射无线电波具有方向性。

为了表达天线的方向性，在离天线等距离的地方，不同的方向上测量天线辐射电波的电场强度，并将其值按比例标在以方向为坐标 (极坐标)的图上，得到了天线的方向图。

在绘制方向图时，一般是以最大辐射方向的场强作为l，其它方向的数值，是该方向场强与最大场强的比值。

方向图只表征天线的方向特性，并不表示某一点的具体场强数值，即与发射功率无关。

一个平面只能表示出天线在一个平面的方向图。

天线在空间的方向性，通常要用两个平面来表示。

对架设在地面上的天线来说，采用的是水平平面方向图(与大地平行)和垂直平面方向图 (与大地垂直)。

与测向运动结合较紧密的是水平平面方向图。

（二）常见的天线l.直立天线直立天线是指与地面垂直的天线。

它分对称和不对称两种，其形状如图2-1-3所示。

对称直立天线采用中心馈电。

不对称直立天线则在天线与地之间馈电，将对称直立天线的一个臂接地，也称垂直接地天线。

一般所指直立天线，通常指不对称直立天线，它是最常用的地波天线。

它的最大辐射方向集中于地面，它在水平平面辐射强度相同（图2-1-4）。

直立天线结构简单，容易架设，在长波、中波、短波和米波等很宽的频率范围内，均可使用。

将导线按实际情况，基本垂直于地面架设时，称软天线。

160米和80米波段发信机多采用这种天线。

它的优点是天线长，发射效率高，可按实际环境灵活架设，便于隐蔽。

图2-1-3 直立天线图2-1-4 直立天线方向图2.环形天线将导线绕成环形、框形、菱形等形状，并在两端馈电的天线称环形天线（图2-1-5）。

该天线尺寸很小，辐射效率低，通常只作接收用，并用于长波、中波和短波波段的测向，在测向运动发展的初期，被广泛应用在80米波段测向机上。

图2-1-5 环形天线3.磁性天线将线圈绕在铁氧体制成的磁棒上称磁性天线（图2-1-6）。

磁棒具有非常优良的导磁作用，使很小体积的天线可获得较高的效率。

在半导体收音机问世之后，磁性天线广泛用于便携式收音机中，160米和80米波段测向机也多采用这种天线。

图2-1-6 磁性天线4.八木天线随着电视广播的日益普及，室外架设的电视接收天线—八木天线 (或称波渠天线)己逐渐被人们所熟悉 (见图2-1-7)。

它制作简单，架设容易，也是目前2米波段测向较为理想的测向机天线。

八木天线是由一个有源半波振子 (直线振子或折合振子)和一个或若干个无源振子 (反射器和引向器)组成。

有源半波振子是指经馈线与发射机或接收机连接的振子。

无源振子有一个是反射器 (其臂长稍长于半波振子)，其余都是引向器(其臂长稍短于半波振子)。

天线的最大接收方向是引向器所指方向，弓向器数目越多，方向越尖锐。

图2-1-7 八木天线（三）、磁性天线的工作原理小型晶体管收音机收听中波广播时，会出现收音机在某个方向时声音小，转动一个角度后，声音却变大的现象，其原因是收音机采用了具有方向性的天线——磁性天线。

测向时，运动员借助测向机的磁性天线 (或环形天线)以及与之相配合的直立天线来确定电台的方向。

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（图中虚线所示）必定垂直于电波传播方向并与地面平行；磁棒轴线与电波传播方向的夹角为θ。

则磁性天线的输出感应电势E磁随θ的变化而变化。

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；当磁棒轴线与电台的面成一定的角度，磁场方向也与磁棒成一定的角度，会有部分磁力线穿过线圈，线圈中有一定感应电势输出，即e磁为某一定值，耳机声音不是最小，音量会随着角度的变化而变化。

因此在测向过程中，只要旋转测向机的磁性天线，找出“哑点”（或小音点），发射台一定位于磁棒轴线所指的直线上，利用磁性天线可确定电台所在的直线，但不能确定在直线的哪一边，需要测“双向”确定电台的方位。

l.磁性天线的结构测向用的磁性天线由磁棒、绕在磁棒上的天线线圈、引线及屏蔽等组成。

如图2-1-8所示。

磁棒由软磁铁氧体材料制成。

具有较高的导磁率和电阻率。

在高频磁场中损耗较少。

磁棒的截面有扁形和圆形两种。

扁形的占用空间小，多用于小型收音机中；圆形的机械强度高，测向天线一般都选用直径为lOmm，长度为l00—12Omm的磁棒。

图2-1-8 磁性天线结构示意图2.磁性天线的工作原理 ("双向"测定)磁性天线的方向性，可利用磁棒聚集磁力线的特点来理解，图2-1-9 (俯视图)所示。