Как нулевые позиции ADF определяют, где находится NDB?

Короткий ответ

Вы находите нулевое положение, а затем предполагаете, что оно находится под углом 90 градусов от маяка?

Правильно. Для диаграммы направленности антенны, показанной в вопросе, угол между направлением нулей и пиков составляет 90°. При обнаружении нуля (или пика) есть два возможных и противоположных направления для маяка. Эта двусмысленность должна быть устранена. Это можно было бы сделать методом триангуляции , со вторым отсчетом угла прихода после того, как приемник немного сместился, но в современной антенне АДФ этого не требуется, к рамочной антенне добавляется сенсорная антенна для изменения диаграммы направленности ( т.е. чувствительность по отношению к азимуту):

^{Диаграмма направленности рамочной антенны и системы рамочной + сенсорной антенны (измерена в горизонтальной плоскости)}

С сенсорной антенной нуль находится на 180° от пика, и двусмысленность отсутствует. Однако производительность системы снижается из-за сенсорной антенны, поэтому обычно выполняются две меры: без сенсорной антенны (для максимальной точности) и с сенсорной антенной (только для устранения неоднозначности). Подробнее см. ниже.

Причина, по которой мы предпочитаем воспринимать нулевое направление, заключается в том, что принимаемый сигнал затухает с большей скоростью вблизи нуля, чем его интенсивность увеличивается вблизи пика. Изменение более выражено вблизи нуля, распознавание нуля проще и дает лучшую точность.

Электромагнитные волны просто

Вопреки тому, что часто думают, классические принципы высокого уровня, лежащие в основе электромагнитных волн, которые объясняют, как может работать рамочная антенна, довольно легко обобщить.

Очень распространенное представление электромагнитной волны:

^{Электрическая и магнитная составляющие электромагнитной волны. Источник}

Волна распространяется в трехмерном пространстве, и ее электрическое и магнитное поля неразделимы, они представляют собой единое электромагнитное поле, энергия которого переносится фотонами (хотя, согласно Ричарду Фейнману , ЭМ-источники производят не физические частицы или волны, а волнообразные « вероятности »). амплитуды ", которые распространяются с в пространстве . КЭД ! Ну... давайте придерживаться старых добрых фотонов!).

Передатчик NDB представляет собой электрический генератор , генерирующий переменный ток в основном вертикальном проводнике, длина которого регулируется, чтобы сделать его резонансным на используемой частоте (это дипольная антенна). Тогда происходящее управляют тремя законами:

• Закон Ампера-Максвелла гласит: 1/ вертикальный ток создает круговое магнитное поле вокруг антенны (первоначальная идея Ампера). Напряженность поля следует за изменением тока 2/, то же самое происходит с электрическим полем вместо тока (добавка Максвелла).

• Закон индукции Фарадея гласит, что переменное магнитное поле создает электрическое поле. Это поле противодействует создавшему его магнитному потоку в соответствии с законом Ленца . Закон Ленца является своего рода принципом реакции.

Таким образом, переменный ток создает переменное магнитное поле. Энергия магнитного поля исходит от тока в антенне.

Поскольку магнитное поле является переменным, попеременно используя два вышеуказанных закона, мы видим, что когда магнитное поле изменяется, генерируется переменное электрическое поле. При изменении электрического поля возникает переменное магнитное поле.

Энергия электрического поля исходит от магнитного поля, как постулируется в законе Ленца : электрическое поле противодействует изменениям магнитного поля, поэтому это сила, также известная как обратная электродвижущая сила (противо-ЭДС).

Что замечательно, фактический ток (электроны) требуется только для создания начального магнитного поля, последующие магнитные поля возникают из-за электрических полей, не зависящих от проводника и / или электронов для расширения:

^{Электрические и магнитные поля, создаваемые точкой вертикальной антенны в заданном направлении}

Слева направо: в антенне передатчика создается ток. Если мы сосредоточимся на какой-либо точке антенны, локальный ток создаст магнитное поле вокруг этой точки. Это поле индуцирует теперь вертикальные петли электрического поля, каждая петля, в свою очередь, создает новое магнитное поле и так далее.

Два поля, нормальные друг к другу, являются двумя неотделимыми аспектами электромагнитного поля. Они существуют одновременно, и повторяющийся процесс приводит к их распространению в виде волны. Поскольку поля не имеют массы, они могут двигаться со скоростью света.

Этот процесс происходит в трехмерном пространстве, мы видим концентрические оболочки электрического поля, расходящиеся по всей длине антенны, а между этими оболочками связывающее оболочки магнитное поле:

^{Неподвижное изображение электрических и магнитных полей. Источник (анимация).}

Электрическое поле вверху и внизу антенны отсутствует, мы можем предсказать «конус молчания» на вертикали некоторых радиосредств, использующих вертикальные антенны.

Волна пересекает проводники при расширении. Проводник действует как приемная антенна. В зависимости от способности проводника более или менее сильно взаимодействовать с электрическими и/или магнитными полями, определенная часть энергии полей преобразуется обратно в ток в силу тех же обратимых законов.

Принцип АПД

В приемнике ADF используется антенна с малой петлей (окружность мала по сравнению с длиной волны), принцип которой заключается в том, чтобы воспринимать магнитное поле волны, антенна на самом деле представляет собой катушку.

Эта рамочная антенна необычна в том смысле, что приемные антенны обычно связаны с электрическим полем волны. Однако определение магнитного поля эффективно на самых низких частотах и ​​для пеленгации.

Как создается нулевая позиция? Разве сигнал не будет по-прежнему приниматься в этой позиции, как он становится нулевым?

Правильно, сигнал достигает антенны с одинаковой средней интенсивностью, независимо от ориентации.

Давайте рассмотрим пример из повседневной жизни: Услышав звук, но не видя его источника, мы не можем определить его направление . Если звук не исходит прямо впереди или сзади, сначала звук воспринимает одно ухо, то же самое для любого отражения, наш мозг делает все остальное. К тому же наша ушная раковина не симметрична, это тоже позволяет отделить передний звук от заднего на одинаковом расстоянии, или один низкий от одного высокого. Эта локализация не зависит от средней интенсивности звуков.

Точно так же рамочная антенна реагирует на объединенный результат мгновенных амплитуд во всех точках антенны. Согласно закону индукции, две точки контура, принимающие сигнал с разницей фаз из-за разницы расстояний от передатчика (слева внизу), будут находиться под разным потенциалом, создавая ток в проводнике между этими точками:

^{Антенна ADF, воспринимающая магнитное поле NDB (не в масштабе)}

С другой стороны (правая сторона), когда плоскость петли перпендикулярна направлению волны, каждая точка петли получает магнитное поле с одинаковой интенсивностью, противо-ЭДС не создается, разность потенциалов не измеряется, ток не циркулирует, это ноль.

• Обратите внимание, что антенна на самом деле намного меньше длины волны, а разность фаз очень мала. Но рамочная антенна представляет собой катушку, легко иметь несколько витков провода, каждый виток «собирает» дополнительное количество магнитного поля. Однако, поскольку увеличение импеданса частично компенсирует это усиление, необходимо найти разумный компромисс.

«ДВ/КВ-приемник» с антенной с ферритовой катушкой (катушка, индуктивность которой усилена ферритовым стержнем) должен быть ориентирован в направлении станции для обеспечения максимального приема.

Скорость изменения усиления

Ранее мы упоминали диаграмму направленности антенны, которая представляет ее относительное усиление в зависимости от направления. Для рамочной антенны:

^{Диаграмма направленности рамочной антенны (пунктирная линия в вертикальной плоскости). Источник}

Усиление предоставляется в децибелах , что представляет собой логарифм отношения между интенсивностью в рассматриваемом направлении и интенсивностью в направлении максимума. В принципе максимальное значение равно 0 дБ (100%), а остальные значения отрицательные (менее 100%).

Глядя на показания зеленого цвета, провал в полученной энергии (ноль) около +/- 90° уже, чем пик около 0°/180°. Это говорит нам о скорости изменения чувствительности:

• Сигнал максимален при 0°, но изменяется менее чем на 2 дБ (1,2x) в диапазоне 60° вокруг максимума.

• Сигнал изменяется более чем на 30 дБ (31x) всего на 30° вокруг минимума/нуля.

Это означает, что будет точнее определить направление нуля, а не направление пика (которое является направлением передатчика). Это относится ко многим типам антенн: нули более выражены, чем максимумы.

Рамочная антенна с сенсорной антенной

Есть проблема с рамочной антенной: У нее симметричная диаграмма направленности, при обнаружении нуля остается еще два возможных противоположных направления для передатчика. Решение состоит в использовании дополнительного элемента, сенсорной антенны, которая представляет собой антенну с одинаковой чувствительностью независимо от азимута. Говорят, что он всенаправленный и обычно связан с электрическим полем. Две антенны можно объединить таким образом, чтобы результирующая диаграмма имела форму сердца (кардиоидную):

^{Диаграмма направленности рамочной антенны в сочетании с антенной считывания}

Один лепесток рамочной антенны (здесь выделен синим) суммируется с антенной считывания, другой вычитается из антенны считывания, создавая диссимметрию усиления.

Двусмысленность больше невозможна. Нуль теперь противоположен максимуму, тогда как до добавления чувствительного элемента они были на 90°. Когда нулевое направление определено, направление NDB является прямо противоположным.

Возвращаясь к звуковому полю, эта антенная система очень похожа на технику звукорежиссуры, называемую MS стерео , использующую один монофонический (средний) и один стереофонический (боковой) микрофоны, хотя этот метод действителен только для азимутального диапазона 180°.

Обычная процедура определения направления:

• Сначала найдите нулевое значение при выключенной сенсорной антенне, потому что сенсорная антенна сглаживает нулевой провал в диаграмме направленности. Это дает направление с неоднозначностью 180°.

• Сделайте второе, но грубое измерение с включенной сенсорной антенной, чтобы устранить неоднозначность.

Современная антенна ADF

В современных ADF антенна не вращается для определения направления NDB. Вместо этого антенная система представляет собой комбинацию нескольких фиксированных антенн. Направление прихода сигнала определяется путем измерения времени прихода на разные отдельные антенны. Поскольку время прибытия на самом деле трудно определить без точных часов, используется разница фаз сигнала, как объясняется в этом другом вопросе:

Поскольку современные приемники ADF не вращаются, как они работают?

Практическая реализация:

^{Источник}