無線電原理

1/9

無線電測向原理

一、無線電波的發射

隨著科學技術的不斷發展，人們與“無線電”的關系越來越密切了。播送廣播

節目和電視節目的廣播電臺和電視臺，是通過發射到空間的無線電波把聲音和圖象神

奇地傳誦到千家萬戶的，這個道理已成為人們的常識。讓我們再來簡單地回顧一下發

射和接收過程：

廣播電臺（電視臺）首先把需要向外發射聲音和圖象變為隨聲音和圖象變化的電

信號，然后用一中頻率很高、功率很強的交流電做為“運載工具”，將這種電信號

帶到發射天線上去。再通過天線的輻射作用，把載有電信號的高頻交流電轉變為同頻

率的無線電波（或稱電磁波），推向空間，并象水波一樣，不斷向四周擴散傳播，其

傳播的速度在大氣中為每秒30萬公里。在電波所能到達的范圍內，只要我們將收音

機、電視機打開，通過接收天線將這種無線電波接收下來，再經過接收機大放大、解

調等各種處理，把原來的電信號從“運載工具”中分離出來，逼真地還原成發射時

的聲音和圖像，我們就能在遠隔千里的地方收聽（收看）到廣播電臺（電視臺）播出

的節目。

無線電測向也是利用類似的途徑和方式實現的，只是它所發射的僅僅是一組固定

重復的莫爾斯電報信號。電臺的發射功率小，信號能到達的距離也極為有限。一般在

10公里以內。下面，我們緊密結合無線電測向，介紹一些有關的無線電波的基礎知

識。

1.無線電波的傳播途徑

無線電波按傳播途徑可分為以下四種：

天波——由空間電離層反射而傳播；地波——沿地球表面傳播；直射波—由

發射臺到接收臺直線傳播；地面反射波——經地面反射而傳播。

無線電測向競賽的距離通常都在10公里以內，所以，除用于遠距離通信的天波

外，其它傳播方式都與測向有關，160米和80米波段測向，主要使用地波；2米波

段測向，主要使用直射波和地面發射波。

2.無線電波在傳播中的主要特性

2/9

無線電波離開天線后，既在媒介質中傳播，也沿各種媒介質的交界面（如地面）

傳播，其傳播的情況是非常復雜的。它雖具有一定的規律性，但對它產生影響的因素

卻很多。無線電波在傳播中的主要特性如下：

（1）直線傳播均勻媒介質（如空氣）中，電波沿直線傳播。無線電測向就是

利用這一特性來確定電臺方位的。

（2）反射與折射電波由一種媒介質傳導另一種媒介質時，在兩種介質的分界

面上，傳播方向要發生變化。圖2-1所示的射線由第一種介質射向第二中介質，在

分界面上出現兩種現象。一種是射線返回第一種介質，叫做反射；另一種現象是射線

進入第二種介質，但方向發生了偏折，叫做折射。一般情況下反射和折射是同時發生

的。入射角等于反射角，但不一定等于折射角。反射和折射給測向準確性帶來很大的

不良影響；反射嚴重是，測向機誤指反射體，給接近電臺造成極大困難。

（3）繞射電波在傳播途中，有力圖饒過難以穿透的障礙物的能力。繞射能力的

強弱與電波的頻率有關，又和障礙物大小有關。頻率越低的電波，繞射能力越弱；障

礙物越大，繞射越困難。工作于80米波段的電波，繞射能力是較強的，除陡峭高山

（相對高度在200米以上）外，一般丘陵均可逾越。2米波段的電波繞射能力就很

差了，一座樓房，或一個小山丘，都可能使信號難以繞過去。因此，測向點的選擇就

成為測向愛好者隨時都要考慮的一大問題。

（4）干涉直射波與地面反射波或其它物體的反射波在某處相遇時，測向機收到

的信號為兩個電波合成后的信號，其信號強度有可能增強（兩個信號跌疊加）也可能

減弱（兩個信號相互抵消）。這種現象稱為波的干涉。產生干涉的結果，使得測向機

在某些接收點收到的信號強，而某些接收點收到的信號弱，甚至收不到信號，給判斷

電臺距離造成錯覺。2米波段測向中，這種現象比較常見。

另外，如圖2-2所示，天線發射到空間的電波的能量是一定的，隨著傳播距離

的增大，不僅在傳播途中能量要損耗，而且能量的分布也越來越廣，單位面積上獲得

的能量越來越小。反之，距電臺愈近，單位面積上獲得的能量愈大。在距電臺數十米

以內，電場強度的變化十分劇烈，反映在測向機耳機中的

音量變化也格外明顯。這一特點有助于測向運動員在接近電臺后判斷電臺的距離及其

位置。

3.天線的架設與電波傳播形式的關系當發射天線垂直于地面時，天線輻射電磁波

3/9

的電場也垂直于地面，我們稱它“垂直極化波”；當天線平行于地面時，天線輻射

電磁波的電場也平行于地面，我們叫它“水平極化波”。160米波段和80米波

段，規定發射垂直極化波，因而要求發射天線必須垂直架設；2米波段規定發射水

平極化波，因而要求發射天線必須水平架設。

二、無線電測向機的組成與特點

無線電測向機是測向運動員在訓練與比賽中賴以測向隱蔽電臺方位的工具，根據

工作波段的不同，測向機的電路和外形結構也不盡相同。但一部測向機，無論是簡是

繁，是大是小，都是由測向天線、收信機和指示器三部分組成的。其方框圖如圖2-3

所示。

1.測向天線

測向天線接收被測電臺發出的無線電信號，并對來自不同方向的電波產生不同的

感應電勢。這是測向機不同于一般收音機的主要區別。目前測向運動中，160米波段

測向機使用磁性天線以及與它相配合的直立天線；80米波段測向機多數也用磁性天

線加直立天線（過去也有用環形天線加直立天線的，但因環形天線體積大，不易看準

方向線，已很少使用）；2米波段測向機使用八木天線。

2.收信機

收信機對測向天線送來的感應電勢進行放大解調等一系列處理，最后把所需信號

送入指示器。一般測向機的收信部分與普通收音機基本相似，但根據測向的特殊需

要，它還應具備以下特點：

（1）為保證遠距離收到隱蔽狀態下的小功率電臺信號，應有較高的靈敏度。

但為使近距離測向時信號不致阻塞，（信號過強時出現的現象）保持良好

的方向性，以及能準確判斷電臺距離，收信機必須有整機放大量調整和衰減信號裝

置。

（2）測向機的音量應隨天線感應電勢的大小發生明顯的變化。收音機中為提高

音量穩定而設置的自動音量控制電路，不能用語測向機。

（3）測向機的外形結構設計應適應劇烈運動的需要，即堅固、防雨、防震、便于

4/9

攜帶和操作。

（4）除天線外，其余部件不得接收電波，以防破壞測向機的方向性。因此，應

使用金屬外殼將整機屏蔽。

、指示器

指示器將天線對不同方向電波的反應顯示出來.目前,測向機都采用耳機作指示

器,通過它將電信號還原成聲音,依靠耳機中聲音大小判斷電臺方向。

三、測向天線的基本工作原理

測向機的主要功能是測定發信電臺的方向，這就要求測向機必須具備良好

的方向性。這主要依賴測向天線的設計與制作。

1.磁性天線工作原理

160米和80米波段測向使用的磁性天線，由磁棒和繞在磁棒上的天線線圈及引

線、屏蔽罩組成?；窘Y構如圖2-4所示。

（1）磁棒由軟磁鐵氧體磁性材料制成。它的特點是既易被磁化，又易退磁，

有較高的導磁率。對于均勻磁場來說，磁棒內部所產生的磁阻遠較空氣小，所以將有

大部分磁力線集中到磁棒內。圖2-5（a）所示為一均勻磁場，圖

2-5（b）表示了加入磁棒后磁場的分布。由圖中不難看出，磁棒的加入，聚集了大

量空間磁力線，從而使磁棒上的線圈感應出很強的信號電壓。

（2）磁性天線工作原理我們來看圖2-6，這是將磁性天線平行于地面放置，

并接收垂直極化波時的俯視圖。電波從左向右傳播，其磁場方向必定垂直于電波傳播

方向，并與地面平行（如圖中虛線所示）。磁性天線的輸出電勢E磁會隨O的改變

而變化。

00

當磁棒軸線與電波傳播方向平行時（9=0,9=180）,磁場方向與磁棒垂

直，磁力線無法順著磁棒穿過

00線圈,線圈感應電勢為零,即e磁=0。當磁棒軸線與傳播方向垂直時（9=90,

3

5/9

9=270）,磁場方向與磁棒平行,磁棒聚集最多的磁力線通過線圈,線圈中的感應電勢

最大。磁棒軸線與傳播方向成其它角度時,

00多少會有一部分磁力線通過磁棒,天線有電勢輸出。9愈接近0或

180,e磁愈小；9愈接近90或270,e磁愈大。總之，e磁隨9的變化而變化,其變

化情況可用圖2-7表示,這就是磁性天線的“8字”形方向圖。

000

在其它條件不變的情況下，磁性天線轉動180,e磁改變極性。設在0?180

范圍內的感應電勢為正值,0

則180?360的感應電勢為負值。

當用耳機作為測向機指示器時,所發聲音將隨e磁的大小而變化。若轉動磁性天

線一周,當磁棒軸線00

正指電臺時（即圖2-7中的

0、180兩個方向）,耳機聲音最小或完全無聲,此時稱小音點或啞點；當

磁

00

棒軸線的垂直方向對著電臺時（即圖中的的

90、270兩個方向）耳機聲音最大,此時磁性天線正對著電臺的那個面稱大音

面,或大音點。在測向中,只要轉動磁性天線,找出啞點,發射臺必定位于磁棒軸線所指

的直線上,這就是通常所說的測雙向定線。

（3）單方向的確定由磁性天線的方向圖可知,天線轉動一周,測向機將出

現兩個聲音最大處和兩個聲音最小處,即磁性天線的方向圖具有雙值性。利用

這一點，可以測定電臺所處的一條位置線，但判斷不出它究竟處在位置線上的哪一

邊。因此，僅具有雙值性的測向機在測向運動中是不能使用的，還必須使測向機具有

單值性。磁性天線和直立天線組成的復合天線，就是具有單值性的測向天線。0直

立天線在水平平面的方向圖是一個圓（如圖2-8中所示）。天線

轉動360，感應電勢e直的大小和極性都不會變化?，F設直立天線的電勢等于1，并

6/9

為正值；設磁性天線的電勢最的值也等于1，將磁性天線旋000轉360時

其電勢的大小和極性也標注在圖2-8中。我們再將任一方向上兩天線的電勢相加，

如在0或18000方向上，e直=1,e磁=0,合成電勢（e合）=1;在90方向上，e直

=1,e磁=1,e合=2;在270方向上e直=1,e磁=-1,e合=0，等等。由圖可見,上

半部分各方向上的兩天線電勢極性相同,合成電勢為兩電勢之和;下半部各方向上兩電

勢的極性相反,合成電勢為兩電勢之差?？偟暮铣山Y果是一個實線所示的心臟形方向

圖。0從這個方向圖看出,磁性天線轉動一周時，只有個一方向（即6=270）使信號

消失；也只有一個方向0

（即6=90）信號最強。這樣就克服了磁性天線的雙值性，獲得了單方向性

能。我們把信號強的這個面叫做單向大音面,簡稱大音面。利用大音面就可直接測出

電臺在哪一邊,即“定邊”。

心臟形方向圖可直接用于測向;但因測向誤差大,一般只作單向鑒別用。

2.八木天線及其工作原理

八木天線廣泛地用于電視接收、中斷通信、雷達等。2米波段測向也用這種天

線。

八木天線在某種意義上可以說是由半波振子天線演變而來的。人們買到電視機

后,如果一時買不來電視天線,常常臨時找兩根直徑為1厘米左右的金屬圓管,按圖

2-9的形狀安裝在室內或室外,其總長為當地電視發射頻道波長的一半,從饋線處將信

號引入電視機。這種天線稱為半波振子天線,它的方向圖如圖2-10,與80米測向機

用磁性天線的8字形方向圖相類似,其最大接收方向為振子軸線垂直方向。用作電視

接收,必須使振子軸線垂直電視臺方向架設,才能獲得最佳效果。這種天線的效率低,

只能在距電視臺較近和發射功率較強的條件下使用。由于這種天線同磁性天線一樣,

方向圖中有兩個大音面,兩個

啞點”,

利用其軸線的“啞點”也可以精確測定電臺方向線。但是，它無法確定電臺

在哪一邊，在測向運動中不能直接應用。

下面介紹幾種具有單向特性，可以應用于無線電測向運動的八木天線。

（1）具有就反射器或引向器的二元八木天線

7/9

這兩種天線的結構及方向圖如圖2-11和圖2-12所示。振子

1與振子

2平行放置，間距為X4（1/4波長）。

振子

1取半波長，并與接收機連接，稱為有源振子。振子

2做為反射器時長度略大于半波長，做為引向器時長度略小于半波長；振子

2不與接收機相接，稱為無源振子。

具有反射器的八木天線，最大接收方向是振子

1所在的方向。和僅有單個半波振子的天線相比，它在這一方向上接收電波時獲

得的天線感應電勢增長將近一倍，而在反射器所在方向接收電波后感應電勢大大減

弱。振子

2像是一面鏡子，把從振子

1方向來的電波反射回振子

1方向來的電波反射回振子

1上迭加，使電波得到加強；從相反方向來的電波被振子

2反射，難以到達振子

1。正是因為這個原因，振子

2稱為反射器。

0具有引向器的八木天線的方向圖，其形狀與具有反射器的八木天線方向圖基本

相同，只是方向相差180，其主瓣在振子

2所在方向上。因為振子

8/9

2好像把電波引向了振子

1，故振子

2稱為引向器。和單個半波振子天線方向圖相比，這兩種天線都實現了單值性。

天線轉動一周時，只有一個方向信號最強，而其它方向信號卻很弱（反方向有小小的

“副瓣”）。因此，在實際測向中，天線的最大接收方向正對電臺，耳機中聲0音

將是最大的；離開這個方向，聲音將逐漸變小，（接近轉動180時，耳機中聲音將稍

稍回升）；繼續轉00

動測向機的天線，耳機中聲音很寬變小又漸漸變大，轉至360時又恢復到0時

的狀態。這樣轉動天線一周，只出現一個大音點（或大音面），實現了單向測定電臺

方向線。

（2）具有反射器和引向器的三元天線

僅具有引向器或反射器的天線，體積小、便于運動，但效率和方向性均不夠理

想。為提高天線效率和獲得更為尖銳的方向性，可采用具有一個反射器和一個引向器

的天線，這就是三元八木天線。

一個實用的三元天線的外形見圖2-13。它的最大接收方向是引向器的引伸方

向，其方向性較二元天線已有明顯改善。

為了使天線的餓方向性更好，效率更高，只要增加引向器的樹木，安排好各單元

振子的尺寸和間距即可。有兩個引向器、一個反射器的天線稱四元天線，有三個引向

器、一個反射器的天線稱五元天線。測向運動中，由于天線的體積對運動員快速奔跑

影響較大，四元以上天線已很少使用。

近幾年來，越來越多的人喜歡使用一種縮短型天線。這種天線的優點是尺寸小

（只有兩個振子），但增益和方向性均較好，特別是后瓣相當小。目前，

國內測向機主要生產單位——男陽無線電一廠生產的2米波段測向機，裝備的就是

這種天線。

2米測向機天線體積較大，為便于訓練和攜帶，生產廠家都將各振子制作成可拆

卸的。因此，在使用中切記不可將不同尺寸的振子相互顛倒，以免使測向機方向性受

到嚴重破壞。