机载无线电罗盘定向原理研究

田 鹏 金 皓 王春雨

（1.中国人民解放军空军航空大学飞行教官训练基地一团，吉林 长春 130022；2.中国人民解放军空军航空大学飞行器控制系，吉林 长春 130022）

无线电罗盘是利用无线电技术进行定向的导航设备。它可以根据地面导航台发射的无线电波的来向，自动地测出电台相对方位角。飞行员可借助于航向指示器所指示的电台相对方位角，飞越战区或返回基地，所以罗盘对保障作战训练、飞行安全起着重要的作用。

1 功用

无线电罗盘的主要功用是自动定向。它是利用罗盘天线接收地面导航台(无线电台)发射的无线电波，使测角系统的搜索线圈自动跟踪电波来向，因而能连续地测出从飞机纵轴顺时针到电波来向的角度，并由航向指示器指示出这个角度——电台相对方位角（DXF）。飞行员根据此方位角，就可以驾驶飞机向导航台飞行或背导航台飞行；可以测定飞机所在位置：在能见度不好时，还可以与无线电高度表、信标接收机等配合，进行仪表着陆等。

2 罗盘定向基本原理

2.1 环形天线的方向性

环形天线是一种常用的方向性天线，它是一个多匝线圈，并绕在由高频导磁材料制成的矩形铁心上，其电波传播与环形天线的关系如图1 所示。

图1 电波与环形天线的关系

图2 环形天线方向图

当电波通过环形天线时，环形天线产生的感应电势为：

式中，Epm为环形天线感应电势的振幅，其表达式为：

式中，N 为环形天线的匝数，λ 为无线电波的波长，S 为环形天线的闭合面积，θ 为环形天线平面与电波传播方向的夹角。由公式（1）和（2）可知，环形天线的感应电势有如下几个特点：

第一，环形天线感应电势和电波场强的相位相差90°。

第二，环形天线的感应电势的大小和电波在水平平面上的来向有关，当θ 为90°或270°时，cosθ＝0，环形天线的感应电势为零；当θ 为0°或180°时，cosθ＝±1，环形天线的感应电势绝对值最大；当电波的来向相反时，环形天线感应电势的相位也正好相差180°。可知环形天线的方向图是一个“∞”字形，如图2 所示。

第三，环形天线的感应电势的大小与环形天线的闭合面积S 成正比，与电波波长λ 成反比。所以，为了提高环形天线感应电势的振幅值，可通过增大环形天线的闭合面积或减小电波的波长来实现，但是增大面积和减小波长又都受到一定的限制。

2.2 垂直天线的方向性

某型无线电罗盘是采用刀形天线作垂直天线用，它实际上是一个垂直接地天线。为了适应高速飞行的需要，它并不是与飞机机体完全垂直，而是向后倾斜一个角度。导航台发射的无线电波，对垂直天线来说，在水平面上不论电波从哪个方向来，根据电磁感应原理，垂直天线都能产生感应电动势。当导航台的发射功率和到天线的距离一定时，天线对任何方向来的电波，所产生的感应电动势都一样大。因此，垂直天线本身没有方向性，感应电动势的大小与来波方向无关。

2.3 复合天线的方向性

利用环形天线定向时，要连续旋转环形天线。当耳机输出为零、声音最小时，则环形天线的法线方向即为被测电台的方向。此时，环面正对电台。但是，由于环形天线“∞”字形的方向图的对称性，环形天线旋转一周中会出现两个无音点。所以，无法判断出电台在这一方向上，还是在相反的方向上。这就是说，仅仅利用环形天线定向，有可能产生180°的误差。为了消除上述误差，一般采用复合天线定向方法。

复合天线是由具有方向性的环形天线和没有方向性的垂直天线组成的，两者复合后能得到一个心脏形的方向图。它只有一个零点，克服了180°误差，实现了准确定向。

［1］李洪烈.WL-8 无线电罗盘[J].海军航空工程学院，2003，11.

［2］周骞，刘光祜，李明奇.一种新型无线电罗盘定向系统[J].信息电子与工程，2005(4).

［3］常晓东.WL-8 无线电罗盘故障判断与处置[J].教育训练，2008(3).