機載無線電羅盤定向原理研究

田 鵬 金 皓 王春雨

（1.中國人民解放軍空軍航空大學飛行教官訓練基地一團，吉林 長春 130022；2.中國人民解放軍空軍航空大學飛行器控制系，吉林 長春 130022）

無線電羅盤是利用無線電技術進行定向的導航設備。它可以根據地面導航臺發射的無線電波的來向，自動地測出電臺相對方位角。飛行員可借助于航向指示器所指示的電臺相對方位角，飛越戰區或返回基地，所以羅盤對保障作戰訓練、飛行安全起著重要的作用。

1 功用

無線電羅盤的主要功用是自動定向。它是利用羅盤天線接收地面導航臺(無線電臺)發射的無線電波，使測角系統的搜索線圈自動跟蹤電波來向，因而能連續地測出從飛機縱軸順時針到電波來向的角度，并由航向指示器指示出這個角度——電臺相對方位角（DXF）。飛行員根據此方位角，就可以駕駛飛機向導航臺飛行或背導航臺飛行；可以測定飛機所在位置：在能見度不好時，還可以與無線電高度表、信標接收機等配合，進行儀表著陸等。

2 羅盤定向基本原理

2.1 環形天線的方向性

環形天線是一種常用的方向性天線，它是一個多匝線圈，并繞在由高頻導磁材料制成的矩形鐵心上，其電波傳播與環形天線的關系如圖1 所示。

圖1 電波與環形天線的關系

圖2 環形天線方向圖

當電波通過環形天線時，環形天線產生的感應電勢為：

式中，Epm為環形天線感應電勢的振幅，其表達式為：

式中，N 為環形天線的匝數，λ 為無線電波的波長，S 為環形天線的閉合面積，θ 為環形天線平面與電波傳播方向的夾角。由公式（1）和（2）可知，環形天線的感應電勢有如下幾個特點：

第一，環形天線感應電勢和電波場強的相位相差90°。

第二，環形天線的感應電勢的大小和電波在水平平面上的來向有關，當θ 為90°或270°時，cosθ＝0，環形天線的感應電勢為零；當θ 為0°或180°時，cosθ＝±1，環形天線的感應電勢絕對值最大；當電波的來向相反時，環形天線感應電勢的相位也正好相差180°。可知環形天線的方向圖是一個“∞”字形，如圖2 所示。

第三，環形天線的感應電勢的大小與環形天線的閉合面積S 成正比，與電波波長λ 成反比。所以，為了提高環形天線感應電勢的振幅值，可通過增大環形天線的閉合面積或減小電波的波長來實現，但是增大面積和減小波長又都受到一定的限制。

2.2 垂直天線的方向性

某型無線電羅盤是采用刀形天線作垂直天線用，它實際上是一個垂直接地天線。為了適應高速飛行的需要，它并不是與飛機機體完全垂直，而是向后傾斜一個角度。導航臺發射的無線電波，對垂直天線來說，在水平面上不論電波從哪個方向來，根據電磁感應原理，垂直天線都能產生感應電動勢。當導航臺的發射功率和到天線的距離一定時，天線對任何方向來的電波，所產生的感應電動勢都一樣大。因此，垂直天線本身沒有方向性，感應電動勢的大小與來波方向無關。

2.3 復合天線的方向性

利用環形天線定向時，要連續旋轉環形天線。當耳機輸出為零、聲音最小時，則環形天線的法線方向即為被測電臺的方向。此時，環面正對電臺。但是，由于環形天線“∞”字形的方向圖的對稱性，環形天線旋轉一周中會出現兩個無音點。所以，無法判斷出電臺在這一方向上，還是在相反的方向上。這就是說，僅僅利用環形天線定向，有可能產生180°的誤差。為了消除上述誤差，一般采用復合天線定向方法。

復合天線是由具有方向性的環形天線和沒有方向性的垂直天線組成的，兩者復合后能得到一個心臟形的方向圖。它只有一個零點，克服了180°誤差，實現了準確定向。

［1］李洪烈.WL-8 無線電羅盤[J].海軍航空工程學院，2003，11.

［2］周騫，劉光祜，李明奇.一種新型無線電羅盤定向系統[J].信息電子與工程，2005(4).

［3］常曉東.WL-8 無線電羅盤故障判斷與處置[J].教育訓練，2008(3).