第7章测向天线

利用零点测向的优点：
在零点附近当电波方位变更时，天线接 收电势大小的变化比较显著，从而提高测向 精度。
利用零点测向的缺点：
对远距离微弱信号难以完成正常 测向。
方框形天线测向原理：
A’
z
B’
y
d
Δr
O
x（θ＝0O）
θO
A
B
ab
AA’
d
ψ = kΔr = 2π d cosθ λ
e1 = Ehe − jψ / 2 e2 = Ehe jψ / 2
（2）相位法测向。 电波到达两特性相同的天线元时，由于
波程差使得它们接收到的电势之间存在相位 差，通过测量按一定结构排列的两个以上天 线元的接收电势的相位差可以确定来波方向。
在实际应用的测向法中，干涉仪测向、 多普勒法测向和时差法测向都属于相位法测 向的范畴，下面简要介绍多普勒法测向原理。
用一副移动的天线接收信号时会产生多普 勒频移。如果天线绕圆周转动，则多普勒频移 呈正弦变化，当多普勒频移为零时，天线在圆 周上所处位置的法线即为来波方向，当多普勒 频移最大时，来波方向与转动圆周相切。
M EW = M 0 cos( 90 0 − α ) = M 0 sin α
Leabharlann Baidu
流过NS线圈的电流为
i NS
= e NS Z
流过EW线圈的电流为 i EW
= e EW Z
复合环天线示意图
z
ab
x（θ＝0O）
π/2 e ⊥ ( t )
移相
双端变单端
Σ
eab (t )
复合环天线方向图
y 90 120 150
180
60 30
x(θ＝0O)
210
330
240
300
270
水平面方向图
立体方向图
7.2.3 间隔双环天线
环形天线有水平边，对非垂直极化电波 有作用，因此只有在接收以地波为主要传 播方式的电波时，才会有正常的“∞”形水 平面方向特性。对于经电离层反射的短波， 通常是椭圆极化的，水平边的接收将使得 方向图不再是正常的“∞”形（称之为极化 效应），而是要发生 “小音点既偏转又模 糊”现象。为此，采用间隔双环天线。
在实际应用中并不是高速旋转天线，而是 采用准多普勒技术。将一个圆形阵列的固定天 线顺序接入一台共用的接收机并顺序测量其相 位。按顺序取样的数据提供各个角度上的感应 多普勒频移。这样可等效于一根天线沿圆周运 动。接收机输出信号经过鉴相，即可得到来波 方位信息。
（3）时间差法测向。
电波到达接收天线的时间差与波程差 成正比，利用3个测向站测出信号到达各 站之间的时间差，即可得知辐射源到3站 距离之差，进而可计算出辐射源位置。
eN S = em cosθ
tanφ = X = eEW = sinθ = tanθ Y eNS cosθ
7.5 角度计天线
N
E
W
S
eEW
eNS
搜
索
线
NS
圈
EW
可旋转的搜索线圈与固定NS线圈间的互感为 M NS = M 0 cosα
其中M0为最大互感，α为搜索线圈与NS线圈夹角 搜索线圈与固定EW线圈间的互感为
测向方法:
（1）振幅法测向。 利用天线的方向特性，根据天线感应电
势的最大值或最小值进行测向。通过转动天 线，当天线输出达到一个极值时，由天线指 向确定来波方向。也可利用特性完全相同的 两副天线和接收系统，对接收到的信号幅度 进行比较来判定来波方向。因此幅度法测向 可分为三类：最小信号法测向、最大信号法 测向、比幅法测向。
环天线的水平边会接收天波中的水平 极化分量，从而将破坏天线正常的“∞”形 水平面方向特性，那么是否可以将环天线 的水平边去掉呢？
1919年，F. Adcock提出了没有水平
边的U 形天线，以后又发展为H 形天线。
平衡负载
平衡负载
U形
H形
爱德考克天线示意图
艾德考克天线方向图
利用等幅反相二元阵方向函数可得爱德 考克天线的方向图，天线中间的对称平面上 接收为零，这是因为对称面上两振子间的波 程差为零，而连接方式为反相，因而造成零 接收。
7.4 沃森－瓦特正交天线
环形天线和爱德考克天线采用最小信号 法测向时，天线必须能够绕中心轴旋转，这 使得测向系统工作时效性差。因此WatsonWatt提出了Watson-Watt测向方法。
N
E
W
S
eEW
eNS
沃森－瓦特正交天线
双信道接收机
eNS
接收信道Ⅱ
θ
本振
eEW
接收信道Ⅰ
eEW = em cos(900 −θ ) = em sinθ
第7章 测向天线
7.1 概述 7.2 环形测向天线 7.3 爱德考克天线 7.4 沃特森－瓦特正交天线 7.5 角度计天线 7.6 锐方向天线
7.1 概述
无线电测向就是利用无线电测量设备 测定无线电信号的来波方向。
无线电测向广泛应用于无线电频谱管 理、航空管理、寻的与导航、野生动物追 踪、电子对抗、业余无线电活动等方面。
θ x（θ＝0O）
BB’
eab
=
e1
− e2
=
−2
jEh
sin
⎜⎛ ⎝
πd λ
cos θ
⎟⎞ ⎠
f
(θ )
=
sin ⎜⎛ ⎝
πd λ
cos θ
⎟⎞ ⎠
当
d
/λ
<< 1 时，
eab
=
−
j
2πd λ
Eh cosθ
F(θ) = cosθ
水平面方向图为“∞”形，与圆形环 一致，环面法向为零接收方向。
为了增大环天线接收电势，常采用N
7.2 环形测向天线 7.2.1 单环天线
方框形
（正方形或长方形）
圆形
菱形
小环天线方向图 （零辐射方向为环面法向）
假设来波为垂直极化地波。小环垂直于地面， 环面的法向为零辐射方向，在水平面的方向图为 “∞”形，可以利用转动环天线使其零接收点对准发 射台，这样便可以由天线转动角度来确定发射台的 方位角，该方法称为最小信号法测向。
匝线圈结构的环天线，其接收电势近似等
于单匝环天线的N 倍。增大环天线接收电
势的另一途径是在线圈中插入磁芯，形成 磁性环天线，其接收电势正比于相对磁导 率。
7.2.2 复合环天线
环形天线水平转动一周，将有两个 方向上是零接收点，这样在测向过程中 会出现“双向”问题，所以为了进行“单向” 判决，采用复合环天线。
间隔双环天线示意图
共轴式
共面式
间隔双环天线本质是阵元为环形天线的等 幅反相二元阵。
在间隔双环天线的中间的对称平面上对任 意仰角方向的来波都是零接收。
因为不管是垂直极化分量还是水平极化分 量接收，两个单环对应的输出电压都是等幅， 而连接方式为反相，因此输出结果都是零，不 受电波极化情况的影响。
7.3 爱德考克天线