Wie finden die ADF-Nullpositionen, wo sich die NDB befindet?

Kurze Antwort

Finden Sie die Nullposition und nehmen Sie dann an, dass sie 90 Grad vom Leuchtfeuer entfernt ist?

Das ist richtig. Für das in der Frage gezeigte Antennenmuster beträgt der Winkel zwischen der Richtung von Nullen und Spitzen 90 °. Beim Erfassen einer Null (oder einer Spitze) gibt es zwei mögliche und entgegengesetzte Richtungen für die Bake. Diese Mehrdeutigkeit muss beseitigt werden. Dies könnte durch Triangulation erfolgen , mit einer zweiten Ablesung des Einfallswinkels, nachdem sich der Empfänger ein wenig bewegt hat, aber bei der modernen ADF-Antenne ist dies nicht erforderlich, eine Erfassungsantenne wird der Rahmenantenne hinzugefügt, um das Strahlungsmuster zu ändern ( dh die Empfindlichkeit gegenüber dem Azimut):

^{Strahlungsdiagramm der Schleifenantenne und des Schleifen- und Erfassungsantennensystems (gemessen in einer horizontalen Ebene)}

Bei der Erfassungsantenne liegt die Null bei 180° der Spitze, und es gibt keine Mehrdeutigkeit. Jedoch wird die Leistung des Systems durch die Erfassungsantenne verschlechtert, daher werden normalerweise zwei Maßnahmen durchgeführt, ohne die Erfassungsantenne (für maximale Genauigkeit) und mit der Erfassungsantenne (nur zum Entfernen von Mehrdeutigkeiten). Siehe weiter unten für die Details.

Der Grund, warum wir es vorziehen, die Nullrichtung zu erfassen, ist, dass das empfangene Signal in der Nähe der Null mit einer größeren Rate abklingt, als es in der Nähe der Spitze an Intensität zunimmt. Da die Änderung in der Nähe der Null ausgeprägter ist, ist das Erfassen der Null einfacher und ergibt eine bessere Genauigkeit.

Elektromagnetische Wellen einfach

Im Gegensatz zu dem, was oft angenommen wird, sind die klassischen Prinzipien hinter EM-Wellen, die erklären, wie die Rahmenantenne funktionieren kann, recht einfach zusammenzufassen.

Die sehr gebräuchliche Darstellung einer EM-Welle:

^{Elektrische und magnetische Komponenten einer EM-Welle. Quelle}

Eine Welle breitet sich im 3D-Raum aus und ihre elektrischen und magnetischen Felder sind nicht dissoziierbar, sie sind ein einzelnes elektromagnetisches Feld, dessen Energie von Photonen getragen wird (obwohl laut Richard Feynman EM-Quellen keine physikalischen Teilchen oder Wellen erzeugen, sondern wellenartige „ Wahrscheinlichkeit “. Amplituden ", die sich bei c im Raum ausbreiten . QED ! Nun ... bleiben wir bei den guten alten Photonen!).

Ein NDB-Sender ist ein elektrischer Generator , der einen Wechselstrom in einem vertikalen Grundleiter erzeugt, dessen Länge angepasst wird, um ihn bei der verwendeten Frequenz in Resonanz zu bringen (es ist eine Dipolantenne ). Drei Gesetze regeln dann, was passiert:

• Das Gesetz von Ampère-Maxwell besagt: 1/ Der vertikale Strom erzeugt ein kreisförmiges Magnetfeld um die Antenne herum (Ampères ursprüngliche Idee). Die Feldstärke folgt der Änderung des Stroms, 2/ dasselbe passiert mit einem elektrischen Feld anstelle eines Stroms (Maxwell-Addition).

• Das Faradaysche Induktionsgesetz besagt, dass ein veränderliches Magnetfeld ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld wirkt dem magnetischen Fluss entgegen, der es nach dem Lenzschen Gesetz erzeugt hat . Das Lenzsche Gesetz ist eine Art Reaktionsprinzip.

Wechselstrom erzeugt also ein variables Magnetfeld. Die Energie des Magnetfeldes kommt vom Strom in der Antenne.

Da das Magnetfeld variabel ist, sehen wir, wenn wir die beiden obigen Gesetze abwechselnd verwenden, dass ein variables elektrisches Feld erzeugt wird, wenn ein Magnetfeld variiert. Wenn sich ein elektrisches Feld ändert, wird ein variables Magnetfeld erzeugt.

Die Energie des elektrischen Feldes stammt aus dem Magnetfeld, wie im Lenzschen Gesetz postuliert : Das elektrische Feld wirkt den Magnetfeldänderungen entgegen, daher ist es eine Kraft, auch bekannt als die elektromotorische Gegenkraft (Back-EMF).

Das Tolle ist, dass ein tatsächlicher Strom (Elektronen) nur benötigt wird, um das anfängliche Magnetfeld zu erzeugen, die nachfolgenden Magnetfelder sind aufgrund elektrischer Felder, nicht abhängig von einem Leiter und / oder Elektronen, um sich auszudehnen:

^{Elektrische und magnetische Felder, die von einem Punkt einer vertikalen Antenne in einer bestimmten Richtung erzeugt werden}

Von links nach rechts: In der Sendeantenne entsteht ein Strom. Wenn wir uns auf einen beliebigen Punkt der Antenne konzentrieren, erzeugt der lokale Strom ein Magnetfeld um den Punkt herum. Dieses Feld induziert nun vertikale elektrische Feldschleifen, jede Schleife wiederum erzeugt ein neues Magnetfeld und so weiter.

Die beiden normal zueinander stehenden Felder sind die beiden untrennbaren Aspekte des elektromagnetischen Feldes. Sie existieren gleichzeitig, und der sich wiederholende Prozess führt zu ihrer Ausbreitung als Welle. Da Felder keine Masse haben, können sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.

Dieser Prozess findet im 3D-Raum statt, wir sehen konzentrische Schalen des elektrischen Feldes, die von der gesamten Länge der Antenne ausstrahlen, und zwischen diesen Schalen das Magnetfeld, das die Schalen verbindet:

^{Standbild von elektrischen und magnetischen Feldern. Quelle (Animation).}

Das elektrische Feld an der Ober- und Unterseite der Antenne fehlt, wir können bei manchen Funkgeräten mit Vertikalantennen einen „Kegel der Stille“ an der Vertikalen vorhersagen.

Die Welle kreuzt Leiter, während sie sich ausdehnt. Ein Leiter fungiert als Empfangsantenne. Abhängig von der Fähigkeit des Leiters, mehr oder weniger stark mit den elektrischen und/oder magnetischen Feldern zu koppeln, wird ein bestimmter Teil der Energie aus den Feldern aufgrund der gleichen umkehrbaren Gesetze zurück in Strom umgewandelt.

ADF-Prinzip

Der ADF-Empfänger verwendet eine kleine Schleifenantenne (der Umfang ist klein im Vergleich zur Wellenlänge), deren Prinzip darin besteht, das Magnetfeld der Welle zu erfassen, die Antenne ist eigentlich eine Spule.

Diese Schleifenantenne ist insofern ungewöhnlich, als Empfangsantennen im Allgemeinen mit dem elektrischen Feld der Welle koppeln. Das Erfassen des Magnetfelds ist jedoch bei niedrigsten Frequenzen und für Peilungsanwendungen effizient.

Wie entsteht die Nullposition? Würde das Signal an dieser Position nicht noch empfangen werden, wie wird es null?

Richtig, das Signal erreicht die Antenne unabhängig von der Ausrichtung mit der gleichen mittleren Intensität.

Betrachten wir ein Beispiel aus dem Alltag: Einen Ton zu hören, ohne die Quelle zu sehen, hindert uns nicht daran, seine Richtung zu bestimmen . Sofern der Schall nicht geradeaus oder geradeaus von hinten kommt, nimmt ein Ohr den Schall zuerst auf, das gleiche gilt für jede Reflexion, unser Gehirn erledigt den Rest. Außerdem ist unsere Ohrmuschel nicht symmetrisch, dies erlaubt es auch, einen vorderen Schall von einem hinteren Schall in gleicher Entfernung oder einen tiefen von einem hohen zu trennen. Diese Lokalisierung ist unabhängig von der mittleren Intensität der Geräusche.

Ebenso reagiert die Schleifenantenne auf das kombinierte Ergebnis der momentanen Amplituden an allen Punkten der Antenne. Gemäß dem Induktionsgesetz haben zwei Punkte der Schleife, die das Signal mit einer Phasendifferenz aufgrund des Abstandsunterschieds zum Sender empfangen (linke Seite unten), ein unterschiedliches Potenzial, wodurch ein Strom im Leiter zwischen diesen Punkten erzeugt wird:

^{ADF-Antenne erfasst NDB-Magnetfeld (nicht maßstabsgetreu)}

Auf der anderen Seite (rechte Seite), wenn die Schleifenebene senkrecht zur Richtung der Welle ist, empfängt jeder Punkt der Schleife das Magnetfeld mit der gleichen Intensität, es wird keine Gegen-EMK erzeugt, es wird keine Potentialdifferenz gemessen, kein Strom zirkuliert, dies ist eine Null.

• Beachten Sie, dass die Antenne tatsächlich viel kleiner als die Wellenlänge ist und die Phasendifferenz sehr gering ist. Aber die Schleifenantenne ist eine Spule, es ist einfach, mehrere Drahtwindungen zu haben, wobei jede Windung eine zusätzliche Menge des Magnetfelds "sammelt". Da die zunehmende Impedanz diesen Gewinn jedoch teilweise aufhebt, muss ein vernünftiger Kompromiss gefunden werden.

„LW/KW-Empfänger“ mit einer Ferritspulenantenne (einer Spule, deren Induktivität durch einen Ferritstab verstärkt wird) müssen in Richtung des Senders ausgerichtet werden, um den Empfang zu maximieren.

Änderungsrate der Verstärkung

Wir haben bereits das Strahlungsmuster einer Antenne erwähnt, das eine Darstellung ihres relativen Gewinns in Abhängigkeit von der Richtung ist. Für die Rahmenantenne:

^{Strahlungsdiagramm der Rahmenantenne (gepunktete Linie für die vertikale Ebene). Quelle}

Die Verstärkung wird in Dezibel angegeben, das ist der Logarithmus des Verhältnisses zwischen der Intensität in der betrachteten Richtung und der Intensität in Richtung des Maximums. Grundsätzlich ist das Maximum 0dB (100%) und andere Werte sind negativ (weniger als 100%).

Bei Betrachtung der grünen Anzeigen ist der Abfall der empfangenen Energie (die Null) in der Nähe von +/- 90° schmaler als der Spitzenwert in der Nähe von 0°/180°. Dies sagt uns etwas über die Variationsrate der Empfindlichkeit:

• Das Signal ist bei 0° maximal, variiert aber nur um weniger als 2 dB (1,2x) in einem Bereich von 60° um das Maximum herum.

• Das Signal variiert um mehr als 30 dB (31x) für nur 30° um das Minimum/Null.

Dies bedeutet, dass es genauer ist, die Richtung der Null zu bestimmen als die Richtung der Spitze (die die Richtung des Senders ist). Das ist bei vielen Antennentypen der Fall: Nullen sind stärker ausgeprägt als Maxima.

Loop-Antenne mit Sense-Antenne

Es gibt ein Problem mit der Rahmenantenne: Sie hat ein symmetrisches Strahlungsdiagramm, wenn eine Null gefunden wird, gibt es immer noch zwei mögliche entgegengesetzte Richtungen für den Sender. Die Lösung besteht darin, ein zusätzliches Element zu verwenden, die Sense-Antenne, eine Antenne mit der gleichen Empfindlichkeit unabhängig vom Azimut. Es wird als omnidirektional bezeichnet und ist normalerweise normalerweise mit dem elektrischen Feld gekoppelt. Die beiden Antennen können so kombiniert werden, dass das resultierende Muster eine Herzform (Niere) hat:

^{Strahlungsdiagramm der Schleifenantenne kombiniert mit der Sense-Antenne}

Eine Keule der Schleifenantenne (hier in Blau) addiert sich mit der Erfassungsantenne, die andere wird von der Erfassungsantenne subtrahiert, wodurch eine Verstärkungsasymmetrie entsteht.

Die Mehrdeutigkeit ist nicht mehr möglich. Die Null ist jetzt dem Maximum entgegengesetzt, während sie vor dem Hinzufügen des Sense-Elements bei 90 ° lagen. Wenn die Nullrichtung bestimmt wurde, ist die NDB-Richtung genau entgegengesetzt.

Zurück zum Audiobereich: Dieses Antennensystem ist der MS-Stereo -Tontechniktechnik sehr ähnlich, die ein Mono- (Mitten-) und ein Stereo- (Seiten-) Mikrofon verwendet, obwohl diese Technik nur für einen Azimutbereich von 180° gültig ist.

Das übliche Verfahren zur Bestimmung der Richtung ist:

• Finden Sie zuerst eine Null bei ausgeschalteter Erfassungsantenne, da die Erfassungsantenne den Nulleinbruch im Strahlungsmuster glättet. Dies gibt die Richtung mit 180° Mehrdeutigkeit an.

• Führen Sie eine zweite, aber grobe Messung mit eingeschalteter Sensorantenne durch, um die Mehrdeutigkeit zu beseitigen.

Moderne ADF-Antenne

Bei modernen ADF dreht sich die Antenne nicht, um die Richtung des NDB zu bestimmen. Stattdessen ist das Antennensystem eine Kombination aus mehreren festen Antennen. Die Signalankunftsrichtung wird durch Erfassen der Ankunftszeit an den verschiedenen einzelnen Antennen bestimmt. Da die Ankunftszeit ohne eine genaue Uhr tatsächlich schwer zu bestimmen ist, wird die Differenz der Signalphase verwendet, wie in dieser anderen Frage erläutert:

Da sich moderne ADF-Empfänger nicht drehen, wie funktionieren sie?

Eine praktische Umsetzung:

^Quelle