В амплитудно-фазовом пеленгаторе информация об угле рассогласования заключена в амплитуде принимаемого сигнала, а информация о знаке угла – в его фазе. Примером амплитудно-фазового пеленгатора может служить автоматический радиокомпас (АРК).

В амплитудно-фазовом пеленгаторе используются направленные свойства рамочной антенны. Диаграмма направленности этой антенны в горизонтальной плоскости показана на рис. 3.18, а, где Q_р – угол между направлением на радиостанцию и перпендикуляром к плоскости витков рамочной антенны (осью рамочной антенны ОА).

Допустим, что поле пеленгуемой радиостанции в месте установки антенной системы вертикально поляризованное, т. е. присутствует только вертикальная составляющая электрического поля. Тогда можно представить рамку как антенну, состоящую из двух, разнесѐнных на расстояние b, вертикальных вибраторов (С, Ю) с противофазным подключением к нагрузке (рис. 3.20, где Ц – центральный вибратор).

Рис. 3.20. Упрощѐнная схема рамочной антенны

Результирующая ЭДС такой антенны равна разности ЭДС, наводимых в вибраторах (например, в направлении север-юг) равна

е_с-ю = е_с – е_ю,                                                                                                 (3.46)

здесь е_с и е_ю – ЭДС, наводимые в вибраторах С и Ю.

Допустим, что фронт волны сигнала пеленгуемой радиостанции при- ходит под углом a относительно северного направления (рис. 3.21, а).

Рис. 3.21. Векторная диаграмма ЭДС, наводимых в рамочной антенне

Если расстояние между вибратором С и центральной антенной Ц равно b/2, то фронт волны достигает центрального вибратора спустя время

Dt = (1/C)·(b/2)·cosa.      (3.47)

К этому моменту фаза поля у вибратора С уже будет отличаться от начальной на величину                           Dj = wDt.                                             (3.48)

Если напряжѐнность поля у центральной антенны E_ц принять равной

E_ц = E_msinwDt,                                                                                             (3.49)

то в момент t, когда фронт волны достигает центральной антенны, напряжѐнность поля в месте расположения вибратора С равна

E_с = E_msin(wt + Dj) = E_msin[wt + (p·b/l)·cosa].                                         (3.50) Напряжѐнность поля в месте вибратора Ю в тот же момент

E_ю = E_msin(wt – Dj) = E_msin[wt – (p·b/l)·cosa].   (3.51)

Электродвижущие силы, которые наводятся в вибраторах, равны

здесь E_mb = h_д·E_m;

h_д – действующая высота вибратора.

Векторная диаграмма ЭДС в элементах антенной системы радиопеленгатора показана на рис. 3.21, б. Вектор е_сю результирующей ЭДС рамочной антенны опережает вектор е_ц ЭДС центральной антенны на 90°.

Считая сигнал радиостанции немодулированным, получим для ре- зультирующего напряжения рамочной антенны U_р выражение

U_р = 2k·E_m·h_д·n·sin[(p·b/l)·sinQ_р]·coswt » U_mр·coswt,                                 (3.55) здесь U_mр = 2p·k·E_m·h_д·(b/l)·n·sinQ_р = U_mр0·sinQ_р;

Q_р = 90 – a;

k – коэффициент, зависящий от параметров схемы;

E_m – амплитуда напряжѐнности поля в месте расположения рамки; n – число витков рамки.

При выводе уравнения (3.55) учитывалось, что для средневолнового диапазона (рабочего диапазона АРК) всегда справедливы соотношения

b/l £ 1;                                   sin(p·b·sinQ_р/l) » p·b·sinQ_р/l).               (3.56) Амплитуда результирующего напряжения рамки зависит от угла рас- согласования Q_р. Вектор результирующего напряжения рамки сдвинут по фазе на 90° относительно вектора напряжѐнности электрического поля.

Для определения фазы результирующего напряжения рамочной антенны используется напряжение U_a, наводимое в центральной антенне:

U_a = U_masinwt,                                                                                              (3.57)

которое совпадает по фазе с напряжѐнностью поля в точке установки антенны. На самолѐте не удаѐтся расположить центральную (ненаправленную) антенну в центре рамочной антенны. Поэтому будет дополнительный фазовый сдвиг между напряжѐнностями поля, наводящими ЭДС в рамочной и ненаправленной антеннах. Этот фазовый сдвиг j_a равен

j_a = 2p·(d_a/l),                                      (3.58)

здесь d_a – расстояние между центром рамки и ненаправленной антенной.

Расстояние d_а на самолѐте невелико, поэтому можно считать, что дополнительный фазовый сдвиг близок к нулю. Напряжение от ненаправленной антенны используют в качестве опорного для определения фазы результирующего напряжения рамочной антенны. С этой целью модулируют выходное напряжение рамочной антенны с помощью сигнала от местного генератора, а затем производят сложение полученных после модуляции колебаний с колебаниями от ненаправленной антенны.

Наиболее эффективным сложение будет при разности фаз, равной 0 или 180°, когда геометрическое сложение векторов может быть заменено алгебраическим. Поэтому необходимо компенсировать фазовый сдвиг между U_р и U_а. Это осуществляется в канале рамки (или в канале ненаправленной антенны) специальными фазосдвигающими устройствами.

Упрощѐнная функциональная схема амплитудно-фазового радиопеленгатора приведена на рис. 3.22. Графики напряжений в соответствующих точках пеленгатора показаны на рис. 3.23.

Рис. 3.22. Функциональная схема амплитудно-фазового радиопеленгатора

Сигнал, пропорциональный углу Q_р, снимается с рамочной антенны РА и поступает на усилитель У. Фазовый сдвиг U_р и U_а ликвидируется в усилителе У. Усиленный сигнал рамки модулируется по амплитуде в балансном модуляторе БМ. Модулирующее низкочастотное напряжение F_оп подаѐтся с генератора опорного напряжения ГОН. Фаза напряжения U_бм

меняется на 180° при переходе модулирующего напряжения через ноль. На входной контур приѐмника, называемый контуром сложения КС, поступают напряжения с балансного модулятора U_бм и ненаправленной антенны (НА) U_а. Амплитуда напряжения U_а устанавливается, например, равной амплитуде U_бм при приѐме в направлении максимума диаграммы рамочной антенны.

Рис. 3.23. Графики напряжений в схеме амплитудно-фазового радиопеленгатора

Напряжение на выходе контура сложения U_кс равно

U_кс = U_a + U_бм = U_a·(1 + m·sin2pF_оп)·sinwt, (3.59) здесь m = U_бм/U_a – коэффициент модуляции;

F_оп – частота генератора опорного напряжения.

Напряжение на выходе контура сложения оказывается модулированным по амплитуде. Частота модуляции определяется генератором ГОН. Глубина модуляции зависит от амплитуды напряжения рамочной антенны U_р, т. е. от угла рассогласования Q_р. С уменьшением угла рассогласования глубина модуляции уменьшается, т. к. уменьшается напряжение U_р. При Q_р = 0 глубина модуляции равна нулю. Поэтому этот метод носит название метода минимума глубины амплитудной модуляции.

Фаза огибающей U_кс может принимать два значения 0 и 180° в зависимости от знака угла рассогласования, т. к. фаза высокочастотного сиг- нала U_р изменяется на 180° при смене знака угла рассогласования.

Продетектированный в приѐмнике сигнал фильтруется фильтром Ф, не пропускающим колебания с частотами, отличающимися от частоты модуляции F_оп, и подаѐтся на фазовый детектор ФД. В качестве опорного сигнала ФД использует напряжение ГОН.

Постоянное напряжение с фазового детектора (амплитуда U_фд пропорциональна значению угла рассогласования Q_р, полярность – знаку угла Q_р) преобразуется в усилителе-преобразователе УП в напряжение частоты 400 Гц. Амплитуда преобразованного напряжения определяется значением, а фаза – знаком U_фд.

Преобразованное напряжение приводит во вращение электродвигатель ЭД привода рамки. Рамка вращается с угловой скоростью W до тех пор, пока действует напряжение U_фд, т. е. до тех пор, пока существует угол рассогласования Q_р. В результате этого ось рамочной антенны ОА совмещается с направлением на радиостанцию.

Двум минимумам напряжения рамочной антенны соответствуют два положения равновесия следящей системы. Одно из них неустойчивое. С помощью электрической системы передачи данных СПД угол поворота рамки передаѐтся на индикатор курсового угла радиостанции (КУР).

При рассмотрении принципа действия амплитудно-фазового пеленга- тора считалось, что принимаемый сигнал не модулирован. Если принимаемый сигнал имеет амплитудную модуляцию, то на выходе приѐмника, кроме составляющей с частотой F_оп, действуют составляющие с частотами модуляции.

Эти составляющие должны подавляться фильтром Ф и фазовым детектором ФД. Поэтому, в целях предупреждения нарушения работы пеленгатора, следует так выбирать частоту генератора ГОН, чтобы она была ниже возможных частот модуляции сигнала.

Точность пеленгатора в существенной степени зависит от структуры поля в месте расположения рамочной антенны. Любое искажение поля вызывает появление ошибки.

Наиболее типичными причинами искажения структуры поля следует считать ненормальную поляризацию принимаемого сигнала и интерференцию поля пеленгуемой радиостанции, а также полей, создаваемых раз- личного рода переизлучателями летательного аппарата. Приѐм ненормально поляризованного сигнала сопровождается появлением поляризационной ошибки.

Ошибка радиодевиации является результатом искажения поля вследствие интерференции. Погрешность измерения курсового угла такими пеленгаторами составляет ± 2°.