多普勒测向:简易版TDOA时差到达法测向电路

2020年12月24日    10:19    热度:123 dbw     1 条响应   |  业余无线电 -> 无线电测向

        一般的测向是基于感测定向天线在指向不同方向时接收到的信号强度所发生的变化。虽然使用适当的衰减器可以使调频通信接收机最终输出的音频信号反映出信号变化,但是这种变化是靠伴生噪声的大小来反映的,听起来不舒服,而且在接近被测电台的过程中需要不断调整衰减器才能使信号保持在反映最灵敏的范围。

        为了克服这些问题,可以采用另外的技术,把电波入射方向与天线的关系转换为对信号的附加调频深度,这样就可以直接利用调频通信接收机直接把这种关系解调为可听信号,而不必插入需要不断调整的衰减器、非把信号衰减到和本机噪声相比拟的微弱程度。

        多普勒法是业余无线电测向最常用的一种附加调频的方法,它利用切换不同空间位置的天线,模拟天线在电波传播方向上的相对运动,产生多普勒频移。

        最简单的多普勒测向机天线系统由两支相同的垂直天线构成,可以是臂长为1/4波长的垂直接地天线,也可以是全长为1/2波长的垂直偶极天线,本例为后者。两支天线之间的空间距离为1/4波长至1/2波长之间。

        两支天线通过长度相等的馈线,经过一个电子开关轮流接到接收机输入端,重复频率在音频范围内,例如1KHz。

        当两支天线的连线垂直于电波入射方向时,无论哪一支天线接到接收机,天线离发射机的距离不变,接收到的信号没有任何变化。

        当两支天线的连线和电波入射方向一致时,一会儿离发射机较近的那支天线工作,一会儿离发射机较远的那支天线工作,从接收机看来好象天线一会儿移动靠向发射机,一会儿移动远离发射机。当天线迎向电波入射方向运动时,接收到的信号频率会由于多普勒效应而变高,反之,当天线逆向电波入射方向运动时接收到的信号频率降低。这样接收到的信号频率出现了附加调制。这个按音频速度切换引起的附加调频,最后会被解调成音频方波信号而可以被人耳听到。当电波入射方向与两支天线的连线平行时,这个附加音频信号幅度最大;当电波入射方向与两支天线的连线垂直时,附加音频信号幅度为零。这样转动天线系统,就可以根据附加的音频方波信号的大小来判别电台的方向。音频信号的大小只与方向有关,而与测试点与发射机的距离无关,因此测向操作比较方便。

        这种双天线多普勒测向系统的方向特性呈现8字形,当电波入射方向垂直于两支天线连线时,方向与输出音频信号幅度的关系比较灵敏,可以比较精确地指示出发射机与测试点之间的连线,但是电台究竟在连线的哪一头却无法指示出来,所以至少需要在两个以上地点进行测向,交叉定点。

三点定向原理

        本例的多普勒天线系统的制作中需要注意一点,即每支天线的馈电电缆的电气长度应该取1/2波长。当天线两臂之间的二极管反偏截止时,天线正常工作,它的阻抗为50欧姆左右,经过特性阻抗为50欧姆的电缆,在接收机端表现的阻抗还是50欧姆。当二极管正偏导通时,其高频动态阻抗极小,相当于短路,如果电缆电气长度为1/2波长,反射到另一端的阻抗为无穷大,不会影响另一支天线。假如电缆长度不合适,反射到另一端的阻抗相当于在接收机输入端并联了一个电阻,使正在工作的那支天线的信号损失一部分,影响整个系统的灵敏度。

原理图

        因为FM解调出的信号只与频率的偏移有关而与接收到的信号强度无关,为了获得FM调制信号较好的测向效果,可以借助于多普勒效应,这个电路图就是利用多普勒效应进行测向的天线。实现核心是一个555时基电路,产生1KHz左右的音频振荡方波,音频振荡方波通过低通送入二极管开关电路。二极管开关电路随音频振荡方波对两支天线作开关操作,两支天线接收到的信号经二极管开关操作之后送入对讲机。如果两支天线连线与信号入射方向垂直,则发射机发射的信号同时进入两支天线,经二极管开关电路作用后信号不会产生变化,我们能够用对讲机听到正常的声音。如果两支天线连线平行于信号入射方向,则被测信号到达天线会有一个时差,经二极管开关电路作用后得到的信号将有频移,我们用对讲机听到的声音音调会变高或变低。

1.电路可以兼容U、V两个频段,但是两个天线之间的间距要保持在1/3波长的距离;

2.天线可以用对讲机橡皮天线或者1/4波长自制天线;

3.D1、2 – PIN二级管,使用4148可以应付;

4.两支天线间距是1/3波长。

U1:CMOS 555 timer

R1:4.7K, 1/4W

R2:100K, 1/4W

R3、4:470欧, 1/4W

C1、C3:103, 50V

C2:10uF, 25V

C4:102 50V

D1,2:PIN 4148

RFC1:RF 1uH

天线阵制作方法,可以显著提高灵敏度

食用方法

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