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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 신호의 공간적 선택. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
원형과 눈에 띄게 다른 방사 패턴을 가진 안테나를 사용하면 원하는 라디오 방송국과 동일한 주파수를 사용하는 송신기의 간섭을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 동일한 안테나를 사용하면 라디오 방송국의 방향을 확인할 수 있습니다. 즉, 방향을 찾는 것이 가능하며, 이는 때때로 사용자의 위치나 라디오 방송국의 위치를 확인하는 데 필요합니다. 이 기사에서는 루프 안테나를 사용하여 이를 수행하는 방법에 대해 설명합니다. 방향탐지기(방향성 안테나가 장착된 무선 수신 장치)를 사용하여 전파의 도착 방향을 확인할 수 있습니다. 무선 방향 찾기를 사용하면 주로 탐색 특성과 관련된 여러 가지 중요한 실제 문제를 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 위치를 알 수 없는 움직이는 물체(비행기, 선박 등)에 방향 탐지 수신기를 설치한 다음 이를 사용하여 1~XNUMX개의 알려진 무선 송신기에서 나오는 전파의 도착 방향을 결정합니다. , 관심 대상이 현재 위치한 위치를 확인할 수 있습니다. 이것이 어떻게 수행되는지는 그림 XNUMX에 설명되어 있습니다. XNUMX.
먼저, 자오선 N의 방향과 첫 번째 송신기("Mayak 1")의 무선 신호 도착 방향 사이의 각도 f1이 결정됩니다. 그런 다음 내비게이션 지도에서 이 송신기가 자오선에 대해 각도 f1에 위치한 지점을 통과하는 선(방위각)이 그려집니다. 두 번째 송신기(“Mayak 2”)에 대해서도 동일한 구성이 수행됩니다. 베어링의 교차점은 움직이는 물체의 위치에 해당합니다. 종종 무선 방향 찾기는 다른 문제를 해결합니다. 서로 다른 장소에 위치한 방향 탐지 수신기를 사용하여 동일한 송신기에서 나오는 무선 신호의 도착 방향을 결정하고 이러한 방식으로 얻은 방위를 지도에 표시하면 송신기 자체의 위치를 찾을 수 있습니다. 교차점(그림 2).
무선 신호의 도착 방향을 결정하기 위해 다른 것보다 먼저 루프 안테나를 사용하는 것이 제안되었습니다. 방향 특성을 이해하기 위해 그림 3에 설명된 전자기파의 구조를 떠올려 보겠습니다. XNUMX. 이 그림은 무선 공학 교과서에서 찾을 수 있습니다.
전자기파는 전기 E장과 자기장 H장으로 구성되며 송신기의 주파수에 따라 진동합니다. 이 필드는 서로 수직이며 파 자체가 가로이기 때문에 전파 방향 C에도 수직입니다. 전기장 벡터 E의 방향에 따라 파동의 편파가 수평, 수직 및 수직이 될 수 있습니다. 임의적. 장파와 중파에서는 지구, 특히 바다의 전기 전도성이 좋기 때문에 표면(일반적으로 수신기가 위치하는 곳)에 수평 편파가 있는 파동이 크게 감쇠됩니다. 이러한 이유로 장파 및 중파 범위에서 작동하는 모든 송신기는 수직 편파의 파동을 방출하며, 전도성 표면의 전기장은 항상 수직입니다. 루프 안테나는 평면 코일로, 회전 수는 안테나가 작동하는 범위에 따라 달라집니다. 짧은 파도에서는 하나 또는 여러 개의 회전을 포함할 수 있고, 긴 파도에서는 훨씬 더 많은 회전을 포함할 수 있습니다. 전자기 유도 법칙에 따르면 프레임에 도달하는 전파는 EMF를 유도하지만, 이것이 발생하려면 자기장이 프레임의 회전을 관통해야 합니다. 그림을 살펴보자. 도 4는 수직 루프 안테나의 평면도를 도시한다. 전파가 프레임 축을 따라 통과하는 경우(f=0° 또는 180°), 전파의 자기장이 프레임 코일을 관통하지 않으며 수신이 없습니다. 파동이 프레임 축에 수직인 경우(f=90° 또는 270°), 파동 방향으로 유도되는 신호는 최대입니다. 축에 대해 다른 각도 f로 도달하는 전파에 의해 프레임에 유도된 EMF는 이러한 각도의 사인에 비례합니다. 파동의 도달 각도에 따라 프레임에서 유도된 EMF의 의존성을 나타내는 그래프를 방사 패턴이라고 합니다. 극좌표에서는 프레임 위치에서 두 개의 원이 서로 닿는 것처럼 보입니다(그림 4).
최대 수신이 아닌 최소 수신에서 루프 안테나를 사용하여 방향 찾기를 수행하는 것이 더 좋습니다. 후자가 훨씬 더 뚜렷하고 방향 찾기가 더 정확하기 때문입니다. 방사 패턴에는 두 개의 최소값이 있으므로 베어링이 모호하게 결정됩니다. 대부분 송신기가 어느 쪽에 위치해 있는지 알고 있으며, 이 정보를 사용할 수 없는 경우 단방향 방사 패턴을 얻는 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 수신을 위해 프레임과 무지향성 휩 안테나를 사용하고 특정 진폭과 위상(진폭은 동일해야 하며 위상은 90° 이동해야 함)을 갖는 두 안테나의 신호를 추가하여 프레임 최대값 중 하나를 보상합니다. 방사 패턴에 따라 다른 패턴도 증가합니다. 이 경우, 하나의 "흐릿한" 최대값과 하나의 날카로운 최소값을 갖는 소위 단일지향성 방사 패턴을 얻게 됩니다. 전파가 수신기에 도착하여 지구 표면을 따라 전파되면 모든 것이 잘 될 것입니다. 그러나 이런 식으로 회절로 인해 지구 주위를 도는 표면파가 발생합니다. 분포 범위는 일반적으로 수백 킬로미터입니다. 그러나 밤에는 중파와 장파에서 전리층의 반사로 인해 수천 킬로미터에 걸쳐 퍼지는 또 다른 공간파가 나타납니다. 이는 대기의 상층부(전리층)가 태양 및 우주 방사선에 의해 고도로 이온화되어 결과적으로 전류를 전도하고 전파를 반사하기 때문에 발생합니다. 낮에는 장파 및 중파 범위의 전리층 파동이 강하게 흡수됩니다. 단파에서는 흡수가 적고 전리층 공간파는 하루 중 언제든지 도착합니다. 전리층 파동은 수평선에 대해 각도 b로 약간 위에서 프레임에 도달합니다(그림 5).
하늘파의 편파는 지구 자기장에 의해 자화된 전리층 플라즈마의 편파면 회전으로 인해 예측할 수 없습니다. 수신점에 공간파가 존재하면 방향탐지 오류가 발생해 특수명칭 '야간' 오류가 발생한다. 이것이 어떻게 발생하는지 이해하기 위해 그림을 사용해 보겠습니다. 6 루프안테나의 1차원 방사 패턴을 구성한다. 수직 편파 90이 수평 방향에서 f=0°, b=2° 각도로 오면 수신이 최대입니다. 각도 b (그림 7의 파동 6)를 늘리면 파동 H의 자기장 벡터가 여전히 프레임 축과 평행을 유지하고 자기장 자체가 회전을 관통하므로 신호 강도는 변경되지 않습니다. . 벡터 H가 프레임 축과 평행하다면 파동이 수직으로 떨어지는 경우에도 수신이 최대가 됩니다. 이러한 고려 사항을 통해 프레임 축에 배치된 토로이드("도넛") 형태로 프레임의 XNUMX차원 방사 패턴을 그릴 수 있습니다. 당연히 그림 XNUMX에 표시된 것처럼 이 토로이드의 절반만이 지구 표면 위로 올라갑니다. XNUMX. 이러한 다이어그램은 안테나에 관한 많은 교과서에 나와 있습니다. 다이어그램에는 프레임 축과 일치하는 최소 수신의 수평 축이 있습니다.
그림은 파동 3에 대해 변경되며, 도달 방향은 프레임 축과 일치합니다. 벡터 H가 프레임 축에 수직이고 자기장이 회전을 관통하지 않기 때문에 이러한 파동은 EMF를 유도하지 않습니다. 각도 b가 증가함에 따라, 즉 파동의 도달 각도가 증가함에 따라 벡터 H는 프레임 평면에 유지되고 축에 수직이 됩니다. 이 경우에도 수신이 되지 않습니다! 이제 그것은 더 이상 축이 아니라 수신이 최소화된 수직 평면이며 프레임의 축은 이 평면에 있습니다. 체적 방사 패턴은 프레임 양쪽에 놓인 두 개의 반구 형태를 취합니다. 그러나 수직으로 떨어지는 파도는 어떻습니까? 결국 이전 예에서는 허용되었지만 지금은 그렇지 않습니까? - 독자가 물어볼 것입니다. 정확하게 말하면 수직 입사파는 벡터 H가 프레임 축과 평행하면 허용되고 수직이면 허용되지 않습니다. 따라서 프레임은 들어오는 공간파의 편파에 민감합니다. 예측할 수 없는 분극화로 인해 방사 패턴의 최소값이 "흐려지고" 상당히 심각한 베어링 오류가 발생합니다. 루프 안테나는 크기가 작고 디자인이 단순하며 기타 여러 가지 장점이 있습니다. 프레임 코일의 임피던스는 유도성이므로 가변 커패시터를 연결하기만 하면 수신된 신호의 진동과 공진하도록 조정할 수 있습니다. 결과적인 발진 회로는 먼저 수신 신호의 진폭을 증가시키고 두 번째로 다른 주파수에서 작동하는 불필요한 스테이션의 신호를 억제합니다. 즉, 수신기의 선택성을 증가시킵니다. 프레임의 또 다른 장점은 자기장의 자기 구성 요소에 반응하는 반면, 전력 주파수 네트워크의 근거리 간섭 장에는 주로 전기 구성 요소가 포함되어 있다는 것입니다. 따라서 도시 조건에서 자기 루프 안테나를 사용한 수신은 일반적으로 전기, 쌍극자 및 유선 안테나를 사용한 수신보다 잡음에 더 강합니다. 시골 지역에서는 그런 차이가 없습니다. 그리고 한 가지 더: 전파의 자기 성분은 건물 내부에 파장의 몇 분의 XNUMX만큼 약간이라도 침투하지만 여전히 전기 성분보다 더 깊습니다. 따라서 실내 안테나를 자성체로 만드는 것이 좋습니다. 프레임의 방향 특성으로 인해 간섭 소스가 국지화되고 간섭 전파가 특정 방향에서 오는 경우 많은 경우 간섭을 제거하거나 줄이는 것이 가능합니다. 이 경우 최소 프레임 수신 축은 간섭원을 향해야 합니다. 이 경우 도달 방향이 더 이상 방사 패턴의 최대값과 일치하지 않기 때문에 유용한 신호도 약해질 수 있지만 신호 대 간섭 비율은 크게 향상될 수 있습니다. 이를 실제로 검증하려면 페라이트 자기 안테나가 있는 휴대용 수신기를 켜십시오(그 특성은 프레임의 특성과 유사합니다). 그런 다음 수신기를 작동 중인 TV나 컴퓨터(심각한 간섭 원인) 근처에 놓고 수신기를 손으로 돌려 자기 안테나의 방향을 변경해 보십시오. 일부 위치에서는 간섭이 크게 줄어듭니다. 저자: V.Polyakov, 모스크바
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