無線測向簡介

1、無線測向簡介一 通信的演變與發(fā)展0 無線測向軍體競技運(yùn)動在若干平方公里內(nèi)，隱藏幾部測向電臺。要求：區(qū)域內(nèi)地勢起伏，草木茂盛，便于藏物；測向電臺間隔發(fā)射信號（如5部無線測向電臺，每臺發(fā)射1分鐘，靜默4分鐘）。運(yùn)動員：無線測向機(jī)、指北針和地圖，順序出發(fā)，按序找臺，用時最少者勝出。它是基于無線通信的原理，符合信息類專業(yè)方向。與電子工藝實(shí)踐不同：概述原理（電磁波傳輸、測向機(jī)電路），實(shí)踐過程（焊裝、調(diào)試、測量和測向）1 通信的歷史久遠(yuǎn)人類自從形成群居的社會雛形之后，各個族群之間在日常生活中需要彼此交換信息，如共同狩獵、祭祀、抵御自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭等等。通信對人類社會的生存、形成和發(fā)展過程具有重要的作用。 2

2、 構(gòu)成通信的要素 通信是遠(yuǎn)距離傳遞信息的過程。兩個要素：信息，信息的傳遞信息人對客觀事物的特征的描述。它有文字、圖像、語音、數(shù)字、符號等等形式。信息的傳遞（載體）古代的信差、馬匹、驛站，近代（蒸汽機(jī)時代）的火車、輪船、飛機(jī)等。如今，通信一般是指無線通信，即以無線電波作為信息的載體、遠(yuǎn)距離傳遞信息的方式。在通信的歷史發(fā)展過程中，信息的形式相對不變，信息的傳遞方式（或者說信息的載體）在不斷演變。 3 無線通信的起源 無線通信理論的奠基人是英國著名理論物理學(xué)家麥克斯韋。十九世紀(jì)三十年代，麥?zhǔn)蠈?shí)驗物理學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)已知的電和磁學(xué)的物理實(shí)驗現(xiàn)象作為研究方向。他的研究有三個特征：運(yùn)用法拉第關(guān)于場的理論探究電

3、與磁兩個物理實(shí)驗現(xiàn)象之間的相互關(guān)系以高等數(shù)學(xué)作為工具。在研究了大量已知的電學(xué)、磁學(xué)的物理實(shí)驗現(xiàn)象，尤其是電與磁兩個物理現(xiàn)象之間的相互關(guān)系之后，麥克斯韋提出了一個新的觀點(diǎn)：一個變化的磁場能夠產(chǎn)生電場，一個變化的電場也能夠在空間產(chǎn)生磁場。麥克斯韋在前人成就的的基礎(chǔ)上，發(fā)展了法拉第的場的理論，把有關(guān)電磁現(xiàn)象的諸多物理實(shí)驗規(guī)律加以總結(jié)，提出了以麥克斯韋方程組為核心的新的理論體系（1876年，專著電磁場的波動理論）。這個理論體系不僅能夠從理論上全面、深刻的說明當(dāng)時已知的電磁現(xiàn)象，而且還預(yù)言了一個名曰電磁波的客觀存在。1888年，德國實(shí)驗物理學(xué)家赫茲利用振蕩器和諧振器等實(shí)驗裝置，在實(shí)驗室里產(chǎn)生了電磁波，并

4、且測量了相關(guān)的實(shí)驗數(shù)據(jù)。這個實(shí)驗證明了電磁波的存在，以及它具有許多與光波相同的特性。比如：它在空間和真空中傳輸?shù)乃俣扰c光波相同；它在傳輸過程中也能夠產(chǎn)生反射、折射、衍射、偏振等形象。（以上內(nèi)容在一般大學(xué)的普通物理教科書中都有，如程守洙、江之永編普通物理學(xué)第十六章“電磁場理論的基本概念 電磁振蕩 電磁波”）之后，各國的科學(xué)家開始了電磁波的應(yīng)用研究，特別是在通信領(lǐng)域。這是因為：電磁波的特性易于產(chǎn)生，傳輸速度快、距離遠(yuǎn)，是搭載信息的理想載體電路、電信號處理等相關(guān)理論與技術(shù)比較成熟，使得電磁波作為信息的載體、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信成為可能。在這個時期，有兩位科學(xué)家作出了重大貢獻(xiàn)。1898年，俄羅斯工程師波波夫

5、利用自行研制的一套簡陋的無線通信設(shè)備，指揮45公里之外的一艘破冰船，成功營救了一艘被困于北冰洋浮冰中的漁船。第二年，意大利人馬可尼實(shí)現(xiàn)了從英國的波爾圖到美國的紐芬蘭、距離長達(dá)3200公里的橫越大西洋的無線通信。從此，無線通信的時代開始了。今天，無線通信領(lǐng)域的理論和應(yīng)用研究仍在發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)的諸多領(lǐng)域中，無線通信領(lǐng)域的理論、應(yīng)用研究與發(fā)展，是最具代表性的。它理論研究之深、技術(shù)應(yīng)用之廣、與人類生活關(guān)系之密切，成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 二 電磁波的產(chǎn)生與性質(zhì) 1 電磁波的產(chǎn)生如圖所示一個物理現(xiàn)象:一根直導(dǎo)線，一枚小磁針，恒定電流，電場，磁場，小磁針偏轉(zhuǎn)。假如通以交變電流，現(xiàn)象如何？按照

6、麥克斯韋的電磁場理論：設(shè)在空間某處存在一個變化的電場，那么在附近的區(qū)域?qū)⒁鹨粋€變化的磁場。這個變化的磁場又在較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化的電場，并且在更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化的磁場。這個變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生、由近及遠(yuǎn)、以有限的速度向空間傳輸?shù)倪^程，稱為電磁波。從本質(zhì)上講，電磁波是變化的電場和變化的磁場相互引發(fā)、在空間波動的過程。 2 電磁波的性質(zhì)電磁波是矢量波：電磁波在空間沿給定的方向傳輸。它的電場E、磁場強(qiáng)度H和傳輸方向S呈右旋的三維正交的位置關(guān)系：S=E×S。并且，E、H都作正弦或余弦函數(shù)的周期性變化，在同一時點(diǎn)兩者的周期、相位相同。在均勻媒介中，電磁波沿直線傳輸，傳輸速

7、度取決于媒介的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率：V=1/。在真空中，電磁波傳輸速度等于光速。電磁波的波長和頻率f的關(guān)系為：=V/f。電磁波是極化波（極化是一個有序的過程，類似磁化過程磁疇的有序排列），分為水平極化波和垂直極化波（電場方向與地表的位置關(guān)系）。三 無線電波 1 無線電波的劃分與主要用途劃分如圖，無線電波是電磁波中頻率最低（或波長最長）的一段。頻率HZ1031061091012101510181021電力傳輸中頻廣播調(diào)頻廣播、電視、雷達(dá)微波、紅外線、可見光、紫外線X射線宇宙射線 譬如：可見光為：700m0.76m，f為：4.29×10113.95×1014HZ ；紅外線為：0.7

8、6m0.4m，f為：3.95×10147.5×1014HZ ；紫外線為：0.4m 50A，f為：0.75×10140.6×1016HZ；X射線為：50A4.0×10-2 A， f為：6.0×10167.5×1019HZ。用途名稱長波中波短波米波微波分米波厘米波毫米波波長104103m103102m10210m101m110-1m10-110-2m10-210-3m頻率30300KHZ300KHZ3MHZ330MHZ30300MHZ300MHZ3GHZ330GHZ30300GHZ用途航海導(dǎo)航、通信廣播廣播、電視調(diào)頻廣播、電視電

9、視、雷達(dá)、導(dǎo)航以及其他專門用途電磁波是人類共享的重要資源。目前，世界有無線電方面的專業(yè)協(xié)會，負(fù)責(zé)制定相關(guān)的政策、法規(guī)，協(xié)調(diào)各個國家科學(xué)、合理、有序的利用電磁波資源。各國也都有相應(yīng)的專業(yè)協(xié)會。目前，在無線電波的劃分中，無線測向被分配了三個專用頻段（波段）：頻率1.82.0MHZ，波長166150m，稱為160米波段測向；頻率3.53.6MHZ，波長85.783.3m，稱為80米波段測向； 頻率144146MHZ，波長2.082.05m，稱為2米波段測向。2 無線電波的傳輸方式無線電波的頻率（或波長）不同，其在傳輸過程中表現(xiàn)的特性和方式也不同。若以傳輸途徑劃分，有以下方式：地波無線電波沿地表傳輸。

10、優(yōu)點(diǎn)：傳輸路徑地表的地理構(gòu)造恒定，因而傳輸質(zhì)量穩(wěn)定。并且，長波具有繞射能力，能夠避開相對高度的障礙物。缺點(diǎn)：傳輸過程中，電波易被地表吸收，載波功率衰減快，因而傳輸距離有限（小于300Km）。天波無線電波沿空間電離層反射傳輸。距地球表面60200Km高度，存在著空間電離層。在此區(qū)域內(nèi)，一定數(shù)量的氣體分子被高能量宇宙射線轟擊，形成帶正、負(fù)電荷的離子游離于空間。它們能夠反射電磁波。實(shí)例：馬可尼的越洋無線電通信。優(yōu)點(diǎn)：一般的無線通信設(shè)備（電路結(jié)構(gòu)簡單、功率小）即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。缺點(diǎn)：影響空間電離層離子分布濃度的因素很多，如溫度、季節(jié)、各種射線等等，因而通信質(zhì)量不穩(wěn)定。直接波無線電波從發(fā)射端到接收端沿

11、直線傳輸。限定條件：發(fā)射功率、發(fā)射天線高度、傳輸路徑上地表障礙物的海拔高度、接收端的接收靈敏度等等。地面反射波無線電波發(fā)射、被地表反射后接收。雷達(dá)、航空探礦。通信衛(wèi)星由處于地球同步軌道的通信衛(wèi)星作為無線電波的中繼站。它能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、全覆蓋的無線通信。四 天線1 天線是無線通信系統(tǒng)中重要的組成部分之一。它有如下特點(diǎn)：天線是能量轉(zhuǎn)換器在發(fā)射系統(tǒng)，將需要傳輸?shù)男畔⑷鐝V播電臺的音頻信號、電視臺的圖像、伴音信號等等變換為低頻小功率的信號。同時，產(chǎn)生高頻大功率的載波，作為傳輸信息的載體。然后，將信號調(diào)制在載波上，經(jīng)由末端的發(fā)射天線向空間發(fā)射。此時，天線的作用是將發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻電能轉(zhuǎn)換成為高頻電磁能，

12、向空間發(fā)射。在接收系統(tǒng)，始端的接收天線接收空間傳輸?shù)碾姶挪ǎ瑢⑵滢D(zhuǎn)換成為高頻電能，提供給電路。然后，按照要求對接收的高頻信號作一系列處理（主要是放大，解調(diào)把低頻小功率的信號從高頻大功率的載波上解調(diào)下來，再放大），變成需要的形式。高頻電能高頻電磁能天線具有可逆性相同材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和幾何形狀、尺寸的天線，置于發(fā)射端，它是發(fā)射天線；置于接收端，它就是接收天線。天線具有方向性天線接收空間傳輸?shù)碾姶挪〞r，只有在發(fā)射端方向上接收的電磁波信號最強(qiáng)。2直立天線 直立天線用于發(fā)射和接收垂直極化波。直立天線的優(yōu)點(diǎn)：可以發(fā)射、接收頻率范圍很寬的無線電波，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、制作，架設(shè)方便。因此，它是被廣泛應(yīng)用的天線形式

13、。3 磁性天線 磁性天線用于接收垂直極化波。磁性天線由磁體線圈和引線組成。磁體一般采用軟磁鐵氧體，它的磁阻小，導(dǎo)磁率磁轉(zhuǎn)換率高。磁性天線將接收的電磁波信號中的磁場分量轉(zhuǎn)換成為感應(yīng)電動勢，提供給接收電路磁性天線具有很強(qiáng)的方向性收音機(jī)的接收天線之一是磁性天線。手持收音機(jī)，不旋轉(zhuǎn)音量旋鈕，緩慢轉(zhuǎn)動身體，聲音會隨著收音機(jī)方向的改變而改變。磁性天線具有方向性的原理。如圖。五 無線測向機(jī)1 組成測向機(jī)是具有很強(qiáng)的方向性的無線接收機(jī)。它可以根據(jù)所接收的電磁波信號確定發(fā)射系統(tǒng)在空間的準(zhǔn)確位置。測向機(jī)由接收天線、電路、終端指示器組成。各個單元應(yīng)當(dāng)具有如下功能：接收天線應(yīng)當(dāng)具有很強(qiáng)的方向性，能夠接收空間傳輸?shù)碾姶挪?，將其高頻電磁能轉(zhuǎn)換成為高頻電能，提供給電路。電路能夠?qū)⒔邮盏男盘柊凑占夹g(shù)要求作一系列的處理（如選頻、放大、解調(diào)顯示等等）。終端指示器它能夠?qū)⒔邮盏男盘栟D(zhuǎn)換成為所需要的形式。2 性能要求具有很強(qiáng)的方向性（強(qiáng)場區(qū)）。終端指示器要能夠真實(shí)地反映所接收信號的特性（頻率、強(qiáng)弱、方向、距離等等）。3 PJ80型測向機(jī)這是一款普及型測向機(jī)。它電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，工作穩(wěn)定，易于制作，成本低，有很好的性價比。電路組成框圖超外差工作方式無線接收系統(tǒng)的指標(biāo)（增益、幅頻特性、線形度等）是接收信號頻率的函數(shù)電路設(shè)計者：接收信號帶寬、窄甚至頻點(diǎn)、系統(tǒng)無法兼顧低中高頻、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)試非常復(fù)雜使用者：可聽臺、