民机通信导航与雷达-第九章-自动定向机课件.ppt

1、民机通信导航与雷达 第九章 自动定向机第一节第一节 自动定向机综述自动定向机综述第二节第二节 自动定向原理自动定向原理第三节第三节 自动定向机的使用自动定向机的使用第四节第四节 误差与干扰误差与干扰v一、引一、引 言言 自动定向机自动定向机(ADF)(ADF)也称无线电也称无线电罗盘罗盘，是一种利用无线电技，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，可测量无线电波的电波的来波方向来波方向。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

2、环形天线，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，接收机输出的音频机输出的音频信号强度最弱信号强度最弱，称做，称做“哑点哑点”。如测向设备在飞机上，那么，如测向设备在飞机上，那么，环形天线从飞机纵轴的机头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方向顺时针所转过的角度称为“飞机到地面无线电台的相飞机到地面无线电台的相对方位角对方位角”(以下简称为相对方以下简称为相对方 位角位角)，

3、即从飞机纵轴的机头方，即从飞机纵轴的机头方 向顺时针转至地面无线电台与向顺时针转至地面无线电台与 飞机连线之间的夹角飞机连线之间的夹角，如图如图 9l9l所示。所示。飞机驾驶员便可根飞机驾驶员便可根 据无线电测向设备所测得的相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，对方位确定飞机的飞行方向，引导飞机沿某一航线飞行，并引导飞机沿某一航线飞行，并 可完成其他导航任务。可完成其他导航任务。图91 飞机到地面无线电台的相对方位角 无线电测向设备的发展无线电测向设备的发展人工手动无线电罗盘人工手动无线电罗盘无线电半自动罗盘无线电半自动罗盘 无线电自动罗盘无线电自动罗盘(自动定向机自动定向机

4、-ADF)-ADF)自动定向机的发展自动定向机的发展40504050年代：年代：采用电子管电路，对地面无线电台频率采用电子管电路，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，其典型设备为形天线，其典型设备为 R5R5ARN7ARN7和和 APK-5APK-5型定向机。型定向机。60706070年代：年代：采用晶体管电路，频率选择采用粗、细采用晶体管电路，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同步器调谐，有些设备使用晶体频率网采用“五中取五中取二二”方法调谐，定向天线采用二个正交的旋转式或固方法调谐，定向

5、天线采用二个正交的旋转式或固定式环形天线，如定式环形天线，如 APK11APK11、WL76AWL76A型定向机等。型定向机等。8080年代：年代：自动定向机基本采用集成电路或大规模集成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，如在及微处理器，天线系统有了较大的改进，如在 APKAPK15M15M，DF206DF206型等自动定向机的天线系统中采用旋转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，而最新式的测角器来代替环形天线的旋转，而最新式的700700

6、型自动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。中取消了任何机械传动部件。功能：功能：自动定向机不仅具有测量飞机相对方位角的自动定向机不仅具有测量飞机相对方位角的定向定向功功能，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理位置(定位定位)。优点：优点：结构简单，使用维护方便，价格低廉。结构简单，使用维护方便，价格低廉。v二、二、自动定向机的功用自动定向机的

7、功用 自动定向机是利用自动定向机是利用无线电技术无线电技术进行导航测向的设备。进行导航测向的设备。元论机上测向还是地面测向，均包括元论机上测向还是地面测向，均包括机载设备机载设备和和地面设备地面设备二部分。利用机载自动定向机和地面导航台二部分。利用机载自动定向机和地面导航台(或称无方向或称无方向性信标性信标NDB)NDB)组成的导航系统，可以引导飞机飞向导航台组成的导航系统，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。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：自动定向机的主要功用有：(1)(1)测量飞机纵轴方向测量飞机纵轴方向(航向航向)

8、到地面导航台的相对方位角到地面导航台的相对方位角，并显示在方位指示器上。并显示在方位指示器上。(2)(2)对飞机进行定位测量。对飞机进行定位测量。在现代飞机上，一般都装有二部在现代飞机上，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频率上。二部自动定向机所测 得的相对方位，分别显示在同得的相对方位，分别显示在同 一个指示器一个指示器(无线电磁指示器无线电磁指示器)上，其中上，其中单指针指示第一部自单指针指示第一部自 动定向机所测得的相对方位角，动

9、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双指针指示第二部自动定向机 所测得的相对方位角。所测得的相对方位角。根据这根据这 二个相对方位角在地图上可画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，二条位置线的交应的位置线，二条位置线的交 点便是飞机的位置，如图点便是飞机的位置，如图 9292所示。所示。图 92 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(3)(3)利用自动定向机判断飞利用自动定向机判断飞机飞越导航台的时间。机飞越导航台的时间。当当飞机飞向导航台时，可根飞机飞向导

10、航台时，可根据相对方位角的变化来判据相对方位角的变化来判断飞越导航台的时间。如断飞越导航台的时间。如方位指示器的指针由方位指示器的指针由0 0转向转向180180的瞬间即为飞的瞬间即为飞机飞越导航台的时间，如机飞越导航台的时间，如图图 9393所示。所示。图93 判断飞机飞越导航台的时间(4)(4)当飞机飞越导航台后，可利用自动定向机的方位指示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保持沿预定航线飞行，即向，即向/背台飞行。向台背台飞行。向台(对准导航台对准导航台)飞行或背台飞行时，还可以求出飞行或背台飞行时，还可以求出偏流修正航迹偏流修正航迹。(5)(5)由于自动定

11、向机一般工作在由于自动定向机一般工作在190190一一17501750千赫的中长波段千赫的中长波段范围内，因此可以范围内，因此可以接收民用广播电台的信号接收民用广播电台的信号，并可用于定，并可用于定向；还可向；还可收听收听500500千赫的遇险信号千赫的遇险信号(700(700型自动定向机可收型自动定向机可收听听21822182千赫的另一海岸遇险信号千赫的另一海岸遇险信号)，并确定遇险方位。，并确定遇险方位。v三、三、自动定向机系统自动定向机系统 组成：地面设备和机载自动定向机组成：地面设备和机载自动定向机 （一）（一）地面设备地面设备 中波导航机中波导航机(发射机发射机)地面导航台地面导航台

12、 发射天线发射天线 辅助设备辅助设备 地面导航台安装在每个航站和航线中的某些检查点上，不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，因此也叫做断地向空间全方位地发射无线电信号，因此也叫做无方向无方向性信标性信标(NDB)(NDB)。根据不同的用途，地面导航台又可分为：根据不同的用途，地面导航台又可分为：航线导航台航线导航台 ：供飞机在航线上定向和定位使用的，：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。要求发射功率大，作用距离远。双归航台双归航台 ：供飞机在着陆时使用的，安装在飞机着：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

13、上。因为需要二个陆方向的跑道延长线上。因为需要二个 导航台。导航台。1.1.航线导航台航线导航台 航线导航台工作在航线导航台工作在190190550550千赫千赫的频率范围内，发射的频率范围内，发射功率为功率为40040010001000瓦瓦(我国一般用我国一般用500500瓦瓦)，有效作用距离不，有效作用距离不少于少于150150公里公里。不同的航线导航台使用不同的识别信号，识别信号由不同的航线导航台使用不同的识别信号，识别信号由2 2个英文字母组成个英文字母组成(如如 EK)EK)，用国际莫尔斯电码拍发，拍发，用国际莫尔斯电码拍发，拍发速度为速度为20302030个字母分，一般用个字母分，

14、一般用等幅报方式等幅报方式发射识别信发射识别信号，每隔号，每隔4545秒连续拍发两遍，跟着发一长划秒连续拍发两遍，跟着发一长划(约占约占3030秒秒)，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，每间隔发射识别信号，每3030秒至少拍发秒至少拍发3 3遍。遍。航线导航台可用于归航。当飞机要求飞往某导航台时，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，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、使指针对准指观察指示器所指刻度，

15、然后改变飞机航向、使指针对准指示器的航向标记示器的航向标记(即机头方向即机头方向)，并且在飞行中保持航向不，并且在飞行中保持航向不变，飞机就能飞到该导航台上空。变，飞机就能飞到该导航台上空。2.2.双归航台着陆系统双归航台着陆系统 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跑道，安全地下降到一定高度(一般为一般为5050米

16、米)穿出云层，然穿出云层，然后进行目视着陆。后进行目视着陆。双归航台系统要求安装在主着陆方向的跑道中心延长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，分为线上，分为近台和远台近台和远台，近台离跑道头，近台离跑道头10001000米，远台离跑米，远台离跑道头道头40004000米，近台和远台除有导航台外，还必须配有指点米，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，有效作用距离导航台的规定相同，有效作用距离不小于不小于50O

17、50O公里公里。近台。近台发射功率为发射功率为100100瓦瓦左右，有效作用距离为左右，有效作用距离为5050公里公里 远台发射的识别信号由远台发射的识别信号由2 2个英文字母组成，如个英文字母组成，如 DFDF；近；近台识别信号用远台的头一个宇母，如台识别信号用远台的头一个宇母，如D D。二台的识别信号。二台的识别信号均采用国际莫尔斯电码发射，拍发速度为均采用国际莫尔斯电码发射，拍发速度为20302030个字母个字母分，拍发次数要求用相同间隔，每分钟拍发分，拍发次数要求用相同间隔，每分钟拍发6 6遍。遍。远台和近台都要以调幅报方式发射识别信号，调制频远台和近台都要以调幅报方式发射识别信号，调

18、制频率为率为10201020赫。赫。3.3.中波导航机的基本工作原理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，因此必须配备识别信号，因此必须配备自动电键自动电键。中波导航机的基本原理及组成如图中波导航机的基本原理及

19、组成如图 9-49-4所示。所示。图94 中波导航机方框图(二二)机载设备机载设备 自动定向接收机自动定向接收机 控制盒控制盒 机载自动定向设备机载自动定向设备 方位指示器方位指示器 环形天线和垂直天线（组合式环形环形天线和垂直天线（组合式环形 垂直天线）垂直天线）如目前最新式如目前最新式 的的700700型自动定型自动定 向机系统，其向机系统，其 组成如图组成如图9595 所示。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 图图 9696示出了小型飞示出了小型飞 机上使用的自

20、动定向机机上使用的自动定向机 ADF650ADF650系统，它的控系统，它的控 制盒装在接收机面板上。制盒装在接收机面板上。1.1.自动定向接收机自动定向接收机 功用：功用：(1)(1)接收和处理环形天线和垂直天线收到的地面导航台的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指示器(数字式方位信息送至电子飞行仪表系统一数字式方位信息送至电子飞行仪表系统一EFIS)EFIS)显示出飞机与地面导航台的相对方位，分离出来的地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

21、频系统。面导航台的音频识别信号送至飞机音频系统。图96 ADF650自动定向机系统1 自动定向接收机RCR650；2 方位指示器 IND56O；3 组合式环形垂直天线。(2)(2)作为普通中波收音机使用，收听广播信号，接收和处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理地面广播电台的信号，也能用中波广播电台进行定向。向。特点：特点：(1)(1)采用集成电路和采用集成电路和全固态数字化全固态数字化微处理器，与第一代微处理器，与第一代(电子管电路电子管电路)、第二代、第二代(晶体管电路晶体管电路)相比，相比，体积和重体积和重量更小量更小，耗电更少耗

22、电更少，可靠性也大大提高可靠性也大大提高。(2)(2)现代自动定向接收机大多采用现代自动定向接收机大多采用频率合成器频率合成器、超外差二超外差二次混频电路，直接以二一十进制编码次混频电路，直接以二一十进制编码(BCD(BCD码码)和数据总和数据总线的调谐方式，线的调谐方式，采用组台式环形垂直天线和环形天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。否有效，以及接收机自身的工作状态正常与否

23、。如如现代自动定向接收机现代自动定向接收机 ADF700ADF700，在机器面板上有一个，在机器面板上有一个测试测试(TEST)(TEST)按钮按钮(如图如图 9797所示所示)和三个监视灯和三个监视灯，按下测试按钮后，按下测试按钮后，如接收机工作状态正常，则绿色如接收机工作状态正常，则绿色监视灯亮监视灯亮(PASS)(PASS)，如不正常，如不正常(故故障障)时，则红色监视灯亮时，则红色监视灯亮(FAIL)(FAIL)，如输入控制部分有故障，则另一如输入控制部分有故障，则另一个红灯亮个红灯亮(FAIL)(FAIL)。图9-7 ADF-700自动定向接收机2.2.控制盒控制盒控制盒用来控制接收

24、机的工作方式和选择电台的频率。工控制盒用来控制接收机的工作方式和选择电台的频率。工 作方式一般有断开作方式一般有断开(OFF)(OFF)、天线、天线(ANT)(ANT)、定向、定向(ADF)(ADF)和测试和测试(TEST)(TEST)等等4 4个位置。个位置。如图如图 98(a)98(a)为为51Y51Y一一7 7自动定向自动定向 接收机的双频率选择控制盒接收机的双频率选择控制盒614L614L -12 -12，图，图98(b)98(b)为自动定向接收机为自动定向接收机 ADFADF一一650650面板上的控制盒。面板上的控制盒。614L614L一一1212双频率选择可以预选双频率选择可以预

25、选 二个频率，一个在用，另一个二个频率，一个在用，另一个 备用，可以转换，以便飞机进备用，可以转换，以便飞机进 近时转换远、近归航台频率时使用。近时转换远、近归航台频率时使用。ADFADF一一700700接收机的控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台的频率上，并输入到飞机上的飞行管理计算机(FMC)(FMC)中，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。台的频率上。图9-8 控制盒面板图(a)614L-1

26、2控制盒(b)RCR-650控制盒3.3.方位指示器方位指示器(航向指示器航向指示器)如图如图99(a)99(a)所示。所示。IND650IND650即为人工转动即为人工转动 刻度盘的方位指示器。刻度盘的方位指示器。如图如图99(b)99(b)所示。所示。现代普遍使用的是无线电现代普遍使用的是无线电 磁指示器磁指示器 (RMI)(RMI)，这种指，这种指 示器的刻度盘，也叫罗牌，示器的刻度盘，也叫罗牌，是由磁罗盘或惯性基准组是由磁罗盘或惯性基准组 件件(IRU)(IRU)驱动的。指示器顶驱动的。指示器顶 端固定标记端固定标记(航向标记航向标记)所所 指罗牌的刻度数为飞机的指罗牌的刻度数为飞机的

27、图9-9 方位指示器 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：式说明：电台磁方位飞机磁航向十电台相对方位电台磁方位飞机磁航向十电台相对方位 如图如图 99(c)99(c)所示所示,现代飞机上所使用的方位指示器是一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个综合性仪表，叫做无线电距离磁指示器(RDMI)(R

28、DMI)，（也有，（也有的叫无线电方位距离磁指示器的叫无线电方位距离磁指示器RDDMI)RDDMI)。这种仪表的选择开关置于这种仪表的选择开关置于“ADF”ADF”位时，可指示飞机位时，可指示飞机与地面导航台的相对方位角；当转换到与地面导航台的相对方位角；当转换到“VOR”VOR”位时，指位时，指针将指示针将指示 VORVOR方位，同时用数字显示出无线电测距机方位，同时用数字显示出无线电测距机(DME)(DME)测出的飞机到地面测出的飞机到地面VOR VOR 台的斜距台的斜距(VOR(VOR 与与DMEDME频率配套，同频率配套，同时调谐时调谐)。700700型数字式自动定向机将自动定向接收机

29、型数字式自动定向机将自动定向接收机ADF700ADF700输出输出的方位信息加至电子飞行仪表系统的方位信息加至电子飞行仪表系统(EFlS)(EFlS)的符号产生器中，的符号产生器中，并显示在电子水平位置指示器并显示在电子水平位置指示器(EHSI)(EHSI)上，如图上，如图9-10(a)9-10(a)所所示，细针指示第一部示，细针指示第一部ADFADF方位，粗针指示第二部方位，粗针指示第二部ADFADF方位。方位。当方位信号源或当方位信号源或 EFISEFIS符号产生器故障时，在符号产生器故障时，在 EHSIEHSI上出长上出长方形故障旗，见图方形故障旗，见图910(b)910(b)，左框内，

30、左框内ADFLADFL表示第一部表示第一部(左左)故障，右框内故障，右框内 ADFRADFR表示第二部故障。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4.4.天线天线 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。二种天线都工作于工作于190190一一17501750千赫波段。千赫波段。无方向性天线无方向性天线（垂直天线或辨向天线）：其接收的信（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，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。为自动定向机提供单值

31、定向。方向性天线方向性天线（环形天线）：提供方位信息。（环形天线）：提供方位信息。环形天线的发展环形天线的发展早期的环形天线是一个圆环，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安装在机身外部密封的蛋状流线形的罩壳中线形的罩壳中(如图如图 9-119-11所示所示),),图9-11 早期的环形天线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线用于老式自动定向机SCRSCR一一269G269G和和R5R5ARN7ARN7上。上。后来出现了带有铁淦氧体磁芯后来出现了带有铁淦氧体磁芯的矩形环形天线，在矩形磁芯上的矩形环

32、形天线，在矩形磁芯上绕有若干线匝。这种环形天线的绕有若干线匝。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天线部分只是被一个稍高出飞机蒙皮的罩壳罩着。它用于蒙皮的罩壳罩着。它用于APK5APK5自动定向机自动定向机,天线外形如图天线外形如图912912所示。所示。图9-12 带有磁芯的矩形环形天线现代飞机使用的环形天线一般都制成与飞机蒙皮平齐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

33、线安装对飞机在飞行中空气的阻力，而且由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。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，其外观如图组合式环形垂直天线，其外观如图所示。所示。这种组合式天线的环形天线部分因为是

34、正交的两个环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，其中形天线，在飞机上安装时，其中一个环面与飞机纵轴垂直，一个环面与飞机纵轴垂直，称作正弦环形天线称作正弦环形天线，安装在飞机纵轴中心线上，当飞，安装在飞机纵轴中心线上，当飞 机正对准地面导航台时，接收信号机正对准地面导航台时，接收信号最小最小；另一个环形天线另一个环形天线平面与飞机横轴垂直，称作余弦环形天线，平面与飞机横轴垂直，称作余弦环形天线，当飞机正对准当飞机正对准地面导航台时，接收信号地面导航台时，接收信号最大最大。图图913913示出了飞机航示出了飞机航 向向(机头方向机头方向)与地面导航台与地面导航台

35、成不同角度时，正、余弦环成不同角度时，正、余弦环 形天线输出信号幅值变化情形天线输出信号幅值变化情 况。况。图9-13 正余弦环形天线输出幅值v四、现代自动定向机的主要特征四、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现代最新式自动定向接收机均为全固态数字化全固态数字化设备，设备，符合符合ARINC712ARINC712规范，如美国规范，如美国CollinsCollins公司生产的公司生产的 ADF70OADF70O接收机和接收机和BendixBendix公司生产的公司生产的 DFA75ADFA75A接收机等，目前已接收机等，目前已广泛用于民航各种新型客机上。它们的主要特征是：广泛

36、用于民航各种新型客机上。它们的主要特征是：(1)(1)利用数字技术利用数字技术，如采用微处理器和数字集成电路等使接，如采用微处理器和数字集成电路等使接收机数字化收机数字化 。(2)(2)采用组合式环形垂直天线采用组合式环形垂直天线，且天线接收的信号分别经，且天线接收的信号分别经3 3个前置放大器放大后，由同轴电缆接到接收机尾部插头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。限制，也无临界值。最新式自动定向机同以最新式自动定向机同以 往自动定向机的天线与接收往自动定向机的天

37、线与接收 机的连接及在飞机上布线的机的连接及在飞机上布线的 比较，如图比较，如图 914914所示。所示。(3)(3)最新式自动定向机不需要最新式自动定向机不需要 单独象限误差修正器单独象限误差修正器，其象，其象 限误差的修正只需改变接收限误差的修正只需改变接收 机尾部插头上不同插钉的连机尾部插头上不同插钉的连 接组合。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。利用无线电技术确定空间目标利用无线电技术确定空间目标(如飞机如飞机)相对于地面导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

38、。无线电波在空间的传播方向可以用播方向。无线电波在空间的传播方向可以用仰角仰角和和相对相对方位角方位角来表示来表示，如图，如图9-l59-l5所示。所示。当采用中长波段测向时，当采用中长波段测向时，由于它是表面波传播由于它是表面波传播,因地球因地球 表面空气介质的不均匀性表面空气介质的不均匀性(如如 随高度的增加随高度的增加,介电系数减小介电系数减小 等等)以及上层空气游离的影响，以及上层空气游离的影响，使电波的传播轨道在垂直平面使电波的传播轨道在垂直平面 内发生弯曲，因此在确定仰角内发生弯曲，因此在确定仰角 时将有很大误差。时将有很大误差。所以除超所以除超图9l5 飞机相对于地面台O的角坐标

39、 短波短波(直达波直达波)定向外，中长波测向设备如定向外，中长波测向设备如ADFADF自动定向机自动定向机不测量仰角不测量仰角，而测量相对方位角，而测量相对方位角。无线电测向设备按其技术特性，可分为振幅式测向设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。备和相位式测向设备二大类。利用发射信号的载波振幅利用发射信号的载波振幅(称为称为E E型型)或接收信号的调制深度或接收信号的调制深度(称为称为 M M型型)与无线电波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。备。本章主要讨论机载本章主要讨论机载

40、ADFADF自动定向机采用中、长波的自动定向机采用中、长波的 M M型测向的基本工作原理。型测向的基本工作原理。v一、天线的方向性一、天线的方向性（一）发射天线（一）发射天线 因素一：单元振子辐射的方向性。因素一：单元振子辐射的方向性。(1)(1)见图见图916(a)916(a)，与振子轴线平与振子轴线平 行并包括振子的平面行并包括振子的平面(也称子午面也称子午面)的方向性图是一个的方向性图是一个8 8字形，这说明字形，这说明 在子午面在子午面0 0一一360360的方向上单的方向上单 元振子辐射的场强不一样；元振子辐射的场强不一样；(2)(2)见图见图916(b)916(b)，与振子轴线垂与

41、振子轴线垂 直的平面直的平面(也称赤道面也称赤道面)的方向性的方向性 图为一个圆，它说明在赤道面的图为一个圆，它说明在赤道面的 任意方向上单元振子辐射的场强任意方向上单元振子辐射的场强 都相等。都相等。图916 单元振子的方向性图(3)(3)如图如图916(c),916(c),将上述二个平面的方向性图加以综合，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是单元振子的立体(或空间或空间)方向性图。它表明在振子轴线方向性图。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方向

42、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。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。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天线的各单元段所辐射的电波到达空问各点的行程(即即距离距离)并不一定相等，于是就会产生并不一定相等，于是就会产生行程差行程差，而行程差，而行程差将引起电波间的将引起电波间的相位差相位差。各单元段辐射到空间某点的场强是按矢量相加的。图中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示出了由对称

43、天线振子上的二个对应单元段所发出的电波，在波，在A A和和AA方向上，存在有行程差方向上，存在有行程差，因而产生了，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，即相位差为之一波长，即相位差为180180时，则该方向上合成场强就时，则该方向上合成场强就抵消为零。如图抵消为零。如图917(a)917(a)所示。所示。图917 行程差及电流分布对天线方向性的影响 因素三：天线振子上电流的分布因素三：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，且当振子每臂天线对称振子上电流分布是不均匀的，且当振子每臂长度长度(称臂长称臂

44、长)大于二分之一波长时，振子上将出现反大于二分之一波长时，振子上将出现反向分布的电流。如图向分布的电流。如图917(b)917(b)示出了臂长等于一个波示出了臂长等于一个波长的对称振子上电流分布的情况。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，在平均值相等，所以，在B B和和BB方向上，各单元段所辐方向上，各单元段所辐射的电波互相抵消，合成场强为零。射的电波互相抵消，合成场强为零。（二）接收天线（二）接收天

45、线 由于天线上产生的感应电势的大小，与电波中平行于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天线轴线(子午面子午面)的电场分量成正比，所以对与接收天线的电场分量成正比，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。不同。下面以半波对称振子为例来说明。如图如图918(a)918(a)所示，当电波从所示，当电波从S S1 1方向传来，电场分量方向传来，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；而电波从强；而电波从

46、S S3 3方向传来时，其电场分量与振子轴线垂直，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；电波从不能产生感应电势，即天线不能接收；电波从S S2 2方向传来方向传来时，天线接收能力介于上述二者之间。时，天线接收能力介于上述二者之间。其接收天线的方向性其接收天线的方向性 图，如图图，如图918(b)918(b)所示，所示，与用作辐射时的天线方向与用作辐射时的天线方向 性图完全一样。这说明性图完全一样。这说明同同 一天线可以用来辐射电波，一天线可以用来辐射电波，又可以用来接收电波，而又可以用来接收电波，而 且无论天线作辐射或接收，且无论天线作辐射或接收，天线的各个系

47、数，如效率、天线的各个系数，如效率、方向性、输入阻抗等，均保持不变。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v二、二、环形天线的方向性环形天线的方向性 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接收天线使用。使用。图图919919中示出了环形天线的矩中示出了环形天线的矩 形结构形式。当环形天线平面与形结构形式。当环形天线平面与 地平面垂直时地平面垂直时 图图919(b)919(b)，其赤道面的方向性分析：其赤道面的方向性分析：由远处传来的电波为垂直极由远处传来的电波为垂直极 化波化波 图图919(

48、a)919(a)，电场分量与，电场分量与 铅垂边平行，所以电波只能在铅垂边平行，所以电波只能在ACAC 和和BDBD二个铅垂边上产生感应电势二个铅垂边上产生感应电势 和和 ，且在线环中的方向相反，所以在线环输出端的且在线环中的方向相反，所以在线环输出端的合成电势合成电势 一一 。图9-19 简单矩形环形天线.1e.2e.合e.1e.2e 当线环平面与远处电台所在方向当线环平面与远处电台所在方向(电波传播方向电波传播方向)成不同角成不同角度时，合成电势的大小：度时，合成电势的大小：(l)(l)线环与电台所在方向垂直线环与电台所在方向垂直 时，时，=90=90 见图见图920(a)920(a)。因

49、为电波到达二个铅垂边的行因为电波到达二个铅垂边的行 程相等，所以在铅垂边程相等，所以在铅垂边ACAC与与BDBD 上产生的感应电势上产生的感应电势 =，则，则 合成感应电势合成感应电势 :一一 =0=0。(2)(2)线环与电台所在方向一致时，线环与电台所在方向一致时，0 0 见图见图920(b)920(b)。电波。电波 先到达铅垂边先到达铅垂边ACAC，产生感应电势，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.1e.2e.合e.1e.2e ，后到达铅垂边，后到达铅垂边BDBD，产生感应电势，产生感应电势 ，且，且 超前超前 一个一个相角相角。的大小取决于二个铅垂边问的距离的大小

50、取决于二个铅垂边问的距离 d d，即电波传，即电波传播的行程差，播的行程差，=2d/=2d/，为电波波长。又因为为电波波长。又因为 d d远小于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，即应电势的幅度相等，即e e1 1=e=e2 2=e=e。此时的行程差此时的行程差d d最大，相角最大，相角也最大，而合成感应电势也为最大也最大，而合成感应电势也为最大:e合2esin(/2)(3)(3)线环与电台所在方向成线环与电台所在方向成角，角，00、9090、180180、270270 见图见图920(c)920(c)