第九章 自动定向机

1. 第九章 自动定向机 本章学习要点 ①了解自动定向机的基本知识； ②理解自动定向的原理； ③理解自动定向机的使用； ④了解误差与干扰； ⑤了解ADF—700型自动定向机； 课时分配5学时

2. 第一节 自动定向机综述 第二节 自动定向原理 第三节 自动定向机的使用 第四节 误差与干扰 本章主要内容

3. 一、引 言 自动定向机(ADF)也称无线电罗盘，是一种利用无线电技术进行测向的设备。它与地面无线电台配合，可测量无线电波的来波方向。 在导航领域中，无线电测向设备是最先使用的设备，早期的无线电测向设备是由人工转动、具有方向性的环形天线，当环形天线平面对准地面无线电台的方向时，无线电测向设备的接收机接收到的无线电信号强度最小，因此，接收机输出的音频信号强度最弱，称做“哑点”。 第一节 自动定向机综述

4. 如测向设备在飞机上，那么，环形天线从飞机纵轴的机头方向顺时针所转过的角度称为“飞机到地面无线电台的相对方位角”(以下简称为相对方如测向设备在飞机上，那么，环形天线从飞机纵轴的机头方向顺时针所转过的角度称为“飞机到地面无线电台的相对方位角”(以下简称为相对方 位角)，即从飞机纵轴的机头方 向顺时针转至地面无线电台与 飞机连线之间的夹角θ，如图 9—l所示。飞机驾驶员便可根 据无线电测向设备所测得的相 对方位确定飞机的飞行方向， 引导飞机沿某一航线飞行，并 可完成其他导航任务。 图9—1 飞机到地面无线电台 的相对方位角

5. 无线电测向设备的发展 人工手动无线电罗盘 无线电半自动罗盘 无线电自动罗盘(自动定向机-ADF) 自动定向机的发展 40—50年代：采用电子管电路，对地面无线电台频率采用机械软轴进行调谐，定向天线为单个的旋转式环形天线，其典型设备为 R5／ARN7和 APK-5型定向机。 60—70年代：采用晶体管电路，频率选择采用粗、细同步器调谐，有些设备使用晶体频率网采用“五中取二”方法调谐，定向天线采用二个正交的旋转式或固定式环形天线，如 APK—11、WL—7—6A型定向机等。

6. 80年代：自动定向机基本采用集成电路或大规模集成电路，并使用频率合成器、二一十进制编码数字选频及微处理器，天线系统有了较大的改进，如在 APK—15M，DF—206型等自动定向机的天线系统中采用旋转测角器来代替环形天线的旋转，而最新式的700型自动定向机则采用组合式环形垂直天线，从而在天线系统中取消了任何机械传动部件。 功能：自动定向机不仅具有测量飞机相对方位角的定向功能，而且还可以利用飞机上装用的二套自动定向机分别调谐在二个不同的地面无线电台的频率上，以确定飞机的地理位置(定位)。 优点：结构简单，使用维护方便，价格低廉。

7. 二、 自动定向机的功用 自动定向机是利用无线电技术进行导航测向的设备。 元论机上测向还是地面测向，均包括机载设备和地面设备二部分。利用机载自动定向机和地面导航台(或称无方向性信标—NDB)组成的导航系统，可以引导飞机飞向导航台或飞离导航台，以及提供某些导航计算所需要的参数。 自动定向机的主要功用有： (1)测量飞机纵轴方向(航向)到地面导航台的相对方位角， 并显示在方位指示器上。

8. (2) 对飞机进行定位测量。在现代飞机上，一般都装有二部自动定向机，在使用中将它们分别调谐在二个不同方位的已知地面导航台或广播电台的 频率上。二部自动定向机所测 得的相对方位，分别显示在同 一个指示器(无线电磁指示器) 上，其中单指针指示第一部自 动定向机所测得的相对方位角， 双指针指示第二部自动定向机 所测得的相对方位角。根据这 二个相对方位角在地图上可画 出飞机对地面导航台的二条相 应的位置线，二条位置线的交 点便是飞机的位置，如图 9—2所示。 图 9—2 利用两个地面导航台为飞机定位 1-航向标记 2-罗牌 3-ADF-2方位指针 4-ADF-1方位指针

9. (3)利用自动定向机判断飞机飞越导航台的时间。当飞机飞向导航台时，可根据相对方位角的变化来判断飞越导航台的时间。如方位指示器的指针由0°转向180°的瞬间即为飞机飞越导航台的时间，如图 9—3所示。 图9—3 判断飞机飞越导航台的时间 (4) 当飞机飞越导航台后，可利用自动定向机的方位指示 保持沿预定航线飞行，即向/背台飞行。向台(对准导航台) 飞行或背台飞行时，还可以求出偏流修正航迹。

10. (5)由于自动定向机一般工作在190一1750千赫的中长波段范围内，因此可以接收民用广播电台的信号，并可用于定向；还可收听500千赫的遇险信号(700型自动定向机可收听2182千赫的另一海岸遇险信号)，并确定遇险方位。 (5)由于自动定向机一般工作在190一1750千赫的中长波段范围内，因此可以接收民用广播电台的信号，并可用于定向；还可收听500千赫的遇险信号(700型自动定向机可收听2182千赫的另一海岸遇险信号)，并确定遇险方位。 三、 自动定向机系统 组成：地面设备和机载自动定向机 （一） 地面设备 中波导航机(发射机) 地面导航台 发射天线 辅助设备

11. 地面导航台安装在每个航站和航线中的某些检查点上，不断地向空间全方位地发射无线电信号，因此也叫做无方向性信标(NDB)。地面导航台安装在每个航站和航线中的某些检查点上，不断地向空间全方位地发射无线电信号，因此也叫做无方向性信标(NDB)。 根据不同的用途，地面导航台又可分为： 航线导航台 ：供飞机在航线上定向和定位使用的， 要求发射功率大，作用距离远。 双归航台 ：供飞机在着陆时使用的，安装在飞机着 陆方向的跑道延长线上。因为需要二个 导航台。

12. 1. 航线导航台 航线导航台工作在190～550千赫的频率范围内，发射功率为400～1000瓦(我国一般用500瓦)，有效作用距离不少于150公里。 不同的航线导航台使用不同的识别信号，识别信号由2个英文字母组成(如 EK)，用国际莫尔斯电码拍发，拍发速度为20—30个字母／分，一般用等幅报方式发射识别信号，每隔45秒连续拍发两遍，跟着发一长划(约占30秒)，供机载自动定向机定向用；也可以用调幅报方式以相等的间隔发射识别信号，每30秒至少拍发3遍。

13. 航线导航台可用于归航。当飞机要求飞往某导航台时，飞行人员首先调节机载自动定向机接收该导航台的信号，观察指示器所指刻度，然后改变飞机航向、使指针对准指示器的航向标记(即机头方向)，并且在飞行中保持航向不变，飞机就能飞到该导航台上空。航线导航台可用于归航。当飞机要求飞往某导航台时，飞行人员首先调节机载自动定向机接收该导航台的信号，观察指示器所指刻度，然后改变飞机航向、使指针对准指示器的航向标记(即机头方向)，并且在飞行中保持航向不变，飞机就能飞到该导航台上空。 2. 双归航台着陆系统 用于飞机着陆的双归航台，不仅可引导飞机进场，完成机动飞行和保持着陆航向，而且可在夜间或气象条件很坏的白天，利用双归航台和机载自动定向机引导飞机对准跑道，安全地下降到一定高度(一般为50米)穿出云层，然后进行目视着陆。

14. 双归航台系统要求安装在主着陆方向的跑道中心延长线上，分为近台和远台，近台离跑道头1000米，远台离跑道头4000米，近台和远台除有导航台外，还必须配有指点信标台，以便指示飞机过台的时刻 。 远台一般都兼作航线导航台使用，故发射功率与航线导航台的规定相同，有效作用距离不小于50O公里。近台发射功率为100瓦左右，有效作用距离为50公里 远台发射的识别信号由2个英文字母组成，如 DF；近台识别信号用远台的头一个宇母，如D。二台的识别信号均采用国际莫尔斯电码发射，拍发速度为20—30个字母／分，拍发次数要求用相同间隔，每分钟拍发6遍。 远台和近台都要以调幅报方式发射识别信号，调制频率为1020赫。

15. 3. 中波导航机的基本工作原理 中波导航机是地面导航台的主要组成部分，它与普通调幅发射机一样，但由于中波导航机的工作频率低，它的调节回路所需要的电感量和电容量都比较大，故电感线圈和电容器的体积比短波机大得多。同时还要按时自动拍发识别信号，因此必须配备自动电键。 中波导航机的基本原理及组成如图 9-4所示。 图9—4中波导航机方框图

16. (二) 机载设备 自动定向接收机 控制盒 机载自动定向设备 方位指示器 环形天线和垂直天线（组合式环形 ／垂直天线） 如目前最新式 的700型自动定 向机系统，其 组成如图9—5 所示。 图9-5 700型自动定 向机系统的组成 1 ADF-7OO； 2 控制盒DFP-7O2； 3 方位指示器 RDMI-743； 4 组合式环形／垂直 天线DFA-701 返回

17. 图 9—6示出了小型飞 机上使用的自动定向机 ADF—650系统，它的控 制盒装在接收机面板上。 1. 自动定向接收机 功用： (1)接收和处理环形天线和垂直天线收到的地面导航台的信号，并将处理后的方位信息送至自动定向机的方位指示器(数字式方位信息送至电子飞行仪表系统一EFIS)显示出飞机与地面导航台的相对方位，分离出来的地面导航台的音频识别信号送至飞机音频系统。 图9—6 ADF—650自动定向机系统 1 自动定向接收机RCR—650； 2 方位指示器 IND—56O； 3 组合式环形／垂直天线。

18. (2)作为普通中波收音机使用，收听广播信号，接收和处理地面广播电台的信号，也能用中波广播电台进行定向。(2)作为普通中波收音机使用，收听广播信号，接收和处理地面广播电台的信号，也能用中波广播电台进行定向。 特点： (1)采用集成电路和全固态数字化微处理器，与第一代(电子管电路)、第二代(晶体管电路)相比，体积和重量更小，耗电更少，可靠性也大大提高。 (2)现代自动定向接收机大多采用频率合成器、超外差二次混频电路，直接以二一十进制编码(BCD码)和数据总线的调谐方式，采用组台式环形／垂直天线和环形天线测角器电路，或采用正余弦调制的方位信息处理电路和监控电路。监控电路主要用来监视接收机信号是否有效，以及接收机自身的工作状态正常与否。

19. 如现代自动定向接收机 ADF—700，在机器面板上有一个测试(TEST)按钮(如图 9—7所示)和三个监视灯，按下测试按钮后，如接收机工作状态正常，则绿色监视灯亮(PASS)，如不正常(故障)时，则红色监视灯亮(FAIL)，如输入控制部分有故障，则另一个红灯亮(FAIL)。 • 2. 控制盒 • 控制盒用来控制接收机的工作方式和选择电台的频率。工 作方式一般有断开(OFF)、天线(ANT)、定向(ADF)和测试(TEST)等4个位置。 图9-7 ADF-700自动定向接收机

20. 如图 9—8(a)为51Y一7自动定向 接收机的双频率选择控制盒614L -12，图9—8(b)为自动定向接收机 ADF一650面板上的控制盒。 614L一12双频率选择可以预选 二个频率，一个在用，另一个 备用，可以转换，以便飞机进 近时转换远、近归航台频率时使用。ADF一700接收机的控制盒选频调谐为数字式，可预先调谐在沿航路各航线导航台的频率上，并输入到飞机上的飞行管理计算机(FMC)中，在飞行中由飞行管理计算机控制可自动转换到各航线导航台的频率上。 图9-8控制盒面板图 (a)614L-12控制盒 (b)RCR-650控制盒

21. 3. 方位指示器(航向指示器) 如图9—9(a)所示。 IND—650即为人工转动 刻度盘的方位指示器。 如图9—9(b)所示。 现代普遍使用的是无线电 磁指示器 (RMI)，这种指 示器的刻度盘，也叫罗牌， 是由磁罗盘或惯性基准组 件(IRU)驱动的。指示器顶 端固定标记(航向标记)所 指罗牌的刻度数为飞机的 图9-9 方位指示器

22. 磁航向，指示器指针指示罗牌上的刻度数为地面导航台的磁方位角，而指示器的航向标记与指针之间的夹角为飞机与地面导航台的相对方位角。三者之间的关系可由下述公式说明：磁航向，指示器指针指示罗牌上的刻度数为地面导航台的磁方位角，而指示器的航向标记与指针之间的夹角为飞机与地面导航台的相对方位角。三者之间的关系可由下述公式说明： 电台磁方位＝飞机磁航向十电台相对方位 如图 9—9(c)所示,现代飞机上所使用的方位指示器是一个综合性仪表，叫做无线电距离磁指示器(RDMI)，（也有的叫无线电方位距离磁指示器——RDDMI)。 这种仪表的选择开关置于“ADF”位时，可指示飞机与地面导航台的相对方位角；当转换到“VOR”位时，指针将指示 VOR方位，同时用数字显示出无线电测距机(DME)测出的飞机到地面VOR 台的斜距(VOR 与DME频率配套，同时调谐)。

23. 700型数字式自动定向机将自动定向接收机ADF—700输出的方位信息加至电子飞行仪表系统(EFlS)的符号产生器中，并显示在电子水平位置指示器(EHSI)上，如图9-10(a)所示，细针指示第一部ADF方位，粗针指示第二部ADF方位。当方位信号源或 EFIS符号产生器故障时，在 EHSI上出长方形故障旗，见图9—10(b)，左框内ADFL表示第一部(左)故障，右框内 ADFR表示第二部故障。 图9-10 电子水平位置指示器 (a)EHSI；(b)ADF故障旗

24. 4. 天线 自动定向机在进行自动定向时需要二个天线。二种天线都工作于190一1750千赫波段。 无方向性天线（垂直天线或辨向天线）：其接收的信号用来调谐接收机，并与环形天线接收的信号叠加，为自动定向机提供单值定向。 方向性天线（环形天线）：提供方位信息。 环形天线的发展 早期的环形天线是一个圆环， 安装在机身外部密封的蛋状流 线形的罩壳中(如图 9-11所示), 图9-11 早期的环形天线

25. 固定在飞机纵轴线上，圆环可由电机带动旋转。这种天固定在飞机纵轴线上，圆环可由电机带动旋转。这种天 线用于老式自动定向机SCR一269G和R5／ARN—7上。 后来出现了带有铁淦氧体磁芯 的矩形环形天线，在矩形磁芯上 绕有若干线匝。这种环形天线的 体积大大减小了，底座部分在机 身内部，突出在机身外部的环形 天线部分只是被一个稍高出飞机 蒙皮的罩壳罩着。它用于APK—5 自动定向机,天线外形如图9—12 所示。 图9-12 带有磁芯的矩形环形天线

26. 现代飞机使用的环形天线一般都制成与飞机蒙皮平齐的偏平型二个正交的固定式环形天线，它不仅可以减小环形天线安装对飞机在飞行中空气的阻力，而且由于采用测角器旋转代替环形天线的转动，可以减少大量的机械传动部件，从而可提高定向机工作的可靠性,维护更为简便。现代飞机使用的环形天线一般都制成与飞机蒙皮平齐的偏平型二个正交的固定式环形天线，它不仅可以减小环形天线安装对飞机在飞行中空气的阻力，而且由于采用测角器旋转代替环形天线的转动，可以减少大量的机械传动部件，从而可提高定向机工作的可靠性,维护更为简便。 最新式的自动定向机的天线是在二个正交的铁淦氧体上绕成正交的固定环形天线并与垂直天线组装在一起，形成组合式环形／垂直天线，其外观如图9—5所示。 这种组合式天线的环形天线部分因为是正交的两个环形天线，在飞机上安装时，其中一个环面与飞机纵轴垂直，称作正弦环形天线，安装在飞机纵轴中心线上，当飞

27. 机正对准地面导航台时，接收信号最小；另一个环形天线平面与飞机横轴垂直，称作余弦环形天线，当飞机正对准地面导航台时，接收信号最大。机正对准地面导航台时，接收信号最小；另一个环形天线平面与飞机横轴垂直，称作余弦环形天线，当飞机正对准地面导航台时，接收信号最大。 图9—13示出了飞机航 向(机头方向)与地面导航台 成不同角度时，正、余弦环 形天线输出信号幅值变化情 况。 图9-13 正余弦环形天线输出幅值

28. 四、现代自动定向机的主要特征 现代最新式自动定向接收机均为全固态数字化设备，符合ARINC712规范，如美国Collins公司生产的 ADF—70O接收机和Bendix公司生产的 DFA—75A接收机等，目前已广泛用于民航各种新型客机上。它们的主要特征是： (1)利用数字技术，如采用微处理器和数字集成电路等使接收机数字化 。 (2)采用组合式环形／垂直天线，且天线接收的信号分别经3个前置放大器放大后，由同轴电缆接到接收机尾部插头,不需要单独的天线电缆和插头，而且连接电缆的长度不受限制，也无临界值。

29. 最新式自动定向机同以 往自动定向机的天线与接收 机的连接及在飞机上布线的 比较，如图 9—14所示。 (3)最新式自动定向机不需要 单独象限误差修正器，其象 限误差的修正只需改变接收 机尾部插头上不同插钉的连 接组合。 图 9-14 天线与接收机连接及布线的比较 (a)以前的；(b)最新式的。

30. 利用无线电技术确定空间目标(如飞机)相对于地面导航台的角度坐标，实际上是确定发射或接收无线电波的传播方向。无线电波在空间的传播方向可以用仰角γ和相对方位角θ来表示，如图9-l5所示。利用无线电技术确定空间目标(如飞机)相对于地面导航台的角度坐标，实际上是确定发射或接收无线电波的传播方向。无线电波在空间的传播方向可以用仰角γ和相对方位角θ来表示，如图9-l5所示。 当采用中长波段测向时， 由于它是表面波传播,因地球 表面空气介质的不均匀性(如 随高度的增加,介电系数减小 等)以及上层空气游离的影响， 使电波的传播轨道在垂直平面 内发生弯曲，因此在确定仰角 γ时将有很大误差。所以除超 第二节 自动定向原理 图9—l5 飞机相对于地面台O的角坐标

31. 短波(直达波)定向外，中长波测向设备如ADF自动定向机不测量仰角γ，而测量相对方位角θ。短波(直达波)定向外，中长波测向设备如ADF自动定向机不测量仰角γ，而测量相对方位角θ。 无线电测向设备按其技术特性，可分为振幅式测向设备和相位式测向设备二大类。利用发射信号的载波振幅(称为E型)或接收信号的调制深度(称为 M型)与无线电波到达方向间的关系来测定方向的设备，称为振幅式测向设备。 本章主要讨论机载 ADF自动定向机采用中、长波的 M型测向的基本工作原理。

32. 一、天线的方向性 （一）发射天线 因素一：单元振子辐射的方向性。 (1)见图9—16(a)，与振子轴线平 行并包括振子的平面(也称子午面) 的方向性图是一个8字形，这说明 在子午面0°一360°的方向上单 元振子辐射的场强不一样； (2)见图9—16(b)，与振子轴线垂 直的平面(也称赤道面)的方向性 图为一个圆，它说明在赤道面的 任意方向上单元振子辐射的场强 都相等。 图9—16 单元振子的方向性图

33. (3)如图9—16(c),将上述二个平面的方向性图加以综合，或将电场平面的方向性固绕振子旋转一周，所得到曲面就是单元振子的立体(或空间)方向性图。它表明在振子轴线方向上场强为零，而在所有垂直于振子轴并通过振子中心的方向上，场强均为最大。 (3)如图9—16(c),将上述二个平面的方向性图加以综合，或将电场平面的方向性固绕振子旋转一周，所得到曲面就是单元振子的立体(或空间)方向性图。它表明在振子轴线方向上场强为零，而在所有垂直于振子轴并通过振子中心的方向上，场强均为最大。 因素二：构成天线的各单元振子辐射的电波到达空间各点的行程差。 天线的各单元段所辐射的电波到达空问各点的行程(即距离)并不一定相等，于是就会产生行程差，而行程差将引起电波间的相位差。

34. 各单元段辐射到空间某点的场强是按矢量相加的。图中示出了由对称天线振子上的二个对应单元段所发出的电波，在A和A’方向上，存在有行程差Δγ，因而产生了相位差，影响到合成场强的大小。如果此行程差为二分之一波长，即相位差为180°时，则该方向上合成场强就抵消为零。如图9—17(a)所示。各单元段辐射到空间某点的场强是按矢量相加的。图中示出了由对称天线振子上的二个对应单元段所发出的电波，在A和A’方向上，存在有行程差Δγ，因而产生了相位差，影响到合成场强的大小。如果此行程差为二分之一波长，即相位差为180°时，则该方向上合成场强就抵消为零。如图9—17(a)所示。 图9—17 行程差及电流分布对天线方向性的影响

35. 因素三：天线振子上电流的分布 天线对称振子上电流分布是不均匀的，且当振子每臂长度(称臂长)大于二分之一波长时，振子上将出现反向分布的电流。如图9—17(b)示出了臂长等于一个波长的对称振子上电流分布的情况。 由于振子上载有正向电流的线段长度，等于载有反向电流的线段长度，同时，正向电流和反向电流分布的平均值相等，所以，在B和B’方向上，各单元段所辐射的电波互相抵消，合成场强为零。 （二）接收天线 由于天线上产生的感应电势的大小，与电波中平行于天线轴线(子午面)的电场分量成正比，所以对与接收天线等距离但不同方向的等场强的来波，天线的接收能力也将不同。下面以半波对称振子为例来说明。

36. 如图9—18(a)所示，当电波从S1方向传来，电场分量与天线振子轴线平行，所以产生的感应电势最大，接收最强；而电波从S3方向传来时，其电场分量与振子轴线垂直，不能产生感应电势，即天线不能接收；电波从S2方向传来时，天线接收能力介于上述二者之间。如图9—18(a)所示，当电波从S1方向传来，电场分量与天线振子轴线平行，所以产生的感应电势最大，接收最强；而电波从S3方向传来时，其电场分量与振子轴线垂直，不能产生感应电势，即天线不能接收；电波从S2方向传来时，天线接收能力介于上述二者之间。 其接收天线的方向性 图，如图9—18(b)所示， 与用作辐射时的天线方向 性图完全一样。这说明同 一天线可以用来辐射电波， 又可以用来接收电波，而 且无论天线作辐射或接收， 天线的各个系数，如效率、 方向性、输入阻抗等，均保持不变。 图9-18 半波对称振子接收电波的方向性

37. 二、 环形天线的方向性 环形天线由于其辐射电阻、效率都很低，所以实用中只做接收天线使用。 图9—19中示出了环形天线的矩 形结构形式。当环形天线平面与 地平面垂直时[图9—19(b)]， 其赤道面的方向性分析： 由远处传来的电波为垂直极 化波[图9—19(a)]，电场分量与 铅垂边平行，所以电波只能在AC 和BD二个铅垂边上产生感应电势 和 ，且在线环中的方向相反，所以在线环输出端的合成电势 ＝ 一 。 图9-19 简单矩形环形天线

38. 当线环平面与远处电台所在方向(电波传播方向)成不同角度时，合成电势的大小：当线环平面与远处电台所在方向(电波传播方向)成不同角度时，合成电势的大小： (l) 线环与电台所在方向垂直 时，θ=90°[见图9—20(a)]。 因为电波到达二个铅垂边的行 程相等，所以在铅垂边AC与BD 上产生的感应电势 = ，则 合成感应电势 : ＝ 一 =0。 (2) 线环与电台所在方向一致时， θ＝0°[见图9—20(b)]。电波 先到达铅垂边AC，产生感应电势 图9-20 不同来波方向时产生的合成感应电势

39. ，后到达铅垂边BD，产生感应电势 ，且 超前 一个相角φ。φ的大小取决于二个铅垂边问的距离 d，即电波传播的行程差，φ=2πd/λ，λ为电波波长。又因为 d远小于线环与电台之间的距离，所以可认为二个铅垂边所产生的感应电势的幅度相等，即e1=e2=e。此时的行程差d最大，相角φ也最大，而合成感应电势也为最大: e合＝2esin(φ/2) (3) 线环与电台所在方向成θ角，θ≠0°、90°、180°、270°[见图9—20(c)]。电波先到达AC边产生 ，后到达BD边产生 ，由于电波传播的行程差为Δγ=dcosθ,所以 与 的相位差φ=2π(dcosθ)/λ，此时的合成感应电势为: (cosθ-环形天线的方向性因数 ; K＝2eπd/λ )

40. 从以上分析可知，电波来向与环形天线平囱所成的角度:从以上分析可知，电波来向与环形天线平囱所成的角度: θ＝90°、270°时， ； θ＝0°、180°时， 为最大 当θ在0°一90°之间时, 在0与最大值之间，且按余弦规 律变化。如图9—21所示，环形 天线的方向性图为“8”字形。 当电波从环形天线零接收方 向(90°、270°)左侧或右侧来 时,环形天线的合成感应电势反 相180°,如图9—21中用“十”、 “一”号标出。 图9—21 环形天线的方向性图

41. 三、 心脏形方向性图 环形天线在90°、270°上接收的合成电势为零，而且在零点附近场强变化最敏感，可以用于定向。但是在0°一360°方位上出现两个零点，而造成定向的多值性。为了准确地测定方向，还必须加入无方向的垂直天线(也叫辨向天线)。将环形天线产生的合成感应电势与垂直天线产生的感应电势叠加在一起，将形成新的组合合成电势 。 环形天线与垂直天线之间的位置关系将决定二个感应电势的相位关系： (l) 当垂直天线位于环形天线线环的中间位置，如图9—22(a)所示。

42. 如电波从 A方向来时,在ac边 上产生的感应电势 比垂直天线 上产生的感应电势 超前φ/2， 又比bd边上产生的感应电势 超前φ/2。那么环形天线合成感 应电势 (前记为 )比 超前 90°[见图9—22(b)]。 如电波从B方向来时，在bd边 产生的感应电势 比垂直天线上 产生的感应电势 超前φ/2， 又比ac边上产生的感应电势 超前φ/2。那么环形天线合成感应电势 比 落后90°[见图9—22(c)]。 图9—22 环形天线合成感应电势与 垂直天线感应电势的相位关系

43. 此外，电波从其他方向来时，由于行程差的不同，使φ角减小，环形天线合成感应电势的幅度减小，但 与 仍保持90°的相位差。 (2) 垂直天线不在线环面的中间位置。 垂直天线是无方向性的，其方向性图为一个圆。规定其产生的感应电势 ＝l。 环形天线方向性图为一个“8”字形，其合成感应电势 ＝Kcosθ，又因为环形天线产生的合成感应电势与垂直天线产生的感应电势相位差为90°，若将环形天线产生的合成感应电势移相90°，使其与垂直天线产生的感应电势同相或反相，再与垂直天线产生的感应电势叠加而形成组合合成电势： = + =1±Kcosθ

44. 假设 与 同相，则 =1+kcosθ 当K＝l时， =1+Kcosθ为一心脏形曲线，如图9— 23(a)所示； 当K＜1时，其方向性图 如图9—23(b)所示； 当K＞1时，其方向性图 如图9—23(c)所示。 图中最小值的方向不与环 形天线平面垂线相一致。此时 最小值的轴线为一折线。 图9—23 组合方向性图

45. 假如 与 反相，则 =1-Kcosθ。 当K＝1时， =l-Kcosθ也为一心脏形曲线，不过与图 9—23(a)实线心脏形相反(差180°)，是如虚线所示的心脏形曲线。 如果环形天线产生的合成感应电势不移相90°，即与垂直天线产生的感应电势相差90°时，则组合方向性图如图9—24所示。 此时K＝0时相当于只有一根 无方向性的天线 (垂直天线)在 接收，其他方向性图相当于如下 条件：1＜K1＜K2＜K3…＜Kn 图9-24 es与 eL相位差90°时的 组合 方向性图

46. 这种情况下的每个方向性图都是对称的，而且在环形天线平面垂线方向上具有二个变坏了的最小值。这种情况下的每个方向性图都是对称的，而且在环形天线平面垂线方向上具有二个变坏了的最小值。 当 与 二个感应 电势相位差为0～π之间 的任意值时,最小值变得 模糊不清,其最小值的轴 线为一条折线，如图 9—25所示。 图9-25 es 与 eL相位差为任意值的 组合方向性图

47. 四、 旋转环形天线移相式自动定向 环形天线与垂直天线的组合合成感应电势的振幅表达式为: =1+kcosθ 为了使环形天线平面的法线方向与飞机纵轴一致(即环形天线在飞机上安装的实际情况)，令ψ＝90°-θ，那么: =1+ksinψ 其方向性图为图9—26所示的 心脏形方向性图. 自动定向机并不是以心脏形方 向性图的零点作为定向零点， 而是以环形天线“8”字形方 图9—26 组合方向性图

48. 向性图的零点作为定向零点，也称哑点。 这样就必须用一个低频调制信号，如50赫信号，使环形天线信号周期地改变180°，也就是当50赫信号的半周如图9—26所示右“十”左“一”时、合成实线心脏形方向性图，而在50赫信号另一半周时，为左（+）右（-），合成虚线心脏形方向性图。 那么，电波从任意方向传来时，接收机所接收到的组合感应电势的振幅将在下述二值上按50赫的规律阶跃地变化： =1+ksinψ =1-ksinψ

49. 例如电波从图9—26所示的电台方向传来时，在50赫的一个半周，接收的组合感应电势为OA，而在50赫的另一半周，接收的组合感应电势为OB。实际上，地面电台传来的等幅高频信号(中、长波信号)被接收机接收后所形成的组合感应电势、变成一个以M为调制系数的调幅波（最大相加，最小相减），其中例如电波从图9—26所示的电台方向传来时，在50赫的一个半周，接收的组合感应电势为OA，而在50赫的另一半周，接收的组合感应电势为OB。实际上，地面电台传来的等幅高频信号(中、长波信号)被接收机接收后所形成的组合感应电势、变成一个以M为调制系数的调幅波（最大相加，最小相减），其中 当ψ＝0°，sinψ＝0，M=0； 当ψ＝90°时，sinψ＝1，M=K(最大)； 当0＜ψ＜90°(在其中一个象限时)0＜M＜K。

50. 可见当电波从不同方向传来时(ψ不同)，则接收的组合感应电势的调制系数M不同(在0与最大值K之间变化)，说明调制系数M是飞机与地面台相对方位角ψ的函数，即M＝f(ψ)。可见当电波从不同方向传来时(ψ不同)，则接收的组合感应电势的调制系数M不同(在0与最大值K之间变化)，说明调制系数M是飞机与地面台相对方位角ψ的函数，即M＝f(ψ)。 利用测定调制系数M的方法来定向的方式也称为振幅式M型定向。 其方位辨别的方法及 工作原理可由图9—27、 图9—28的简单方框图及 波形图说明。 图9-27 M型定向的简单方框图