Возможно Вы знаете о существование магнитного компаса? И даже о магнитном полюсе (полюсах) земли? А, чего это мы зациклились на этом магнитном? Ну, да есть ещё и гироскопический, но он тоже с приветом... Чуть-что остановился и кранты! И придумали! Искусственный полюс, свой родной. И называется он радиомаяк, приводной маяк или приводная радиостанция. А устройство показывающая направление на маяк пеленгатор... Но пеленгатор как бы не удобен, вот если бы как магнитный компас?.. Крутит стрелкой куда надо и есть не просит! И придумали, — радиокомпас. Хотя поначалу это называлось радиополукомпас. Почему полу? Потому как, чтобы он Вам, что-то показал его надо было направить куда надо?
Устройство радиополукомпаса простое рис2. Законодателями «мод» здесь являются: антенна в виде рамки (кольца) и обычная, ненаправленная (вертикальный штырь). Рамка же в свою очередь наоборот направленная, но в две противоположные стороны. Такая антенна работает, реагируя на магнитную составляющую радиоволны маяка и поэтому диаграмма направленности имеет вид восьмёрки. А наиболее максимальный приём сигнала получается при повороте рамки торцом к источнику. И наоборот нулевой при положение плоскости рамки к источнику. А вся фишка в том, что при повороте рамки другой плоскостью к источнику, токи в антенне меняют своё направление (фазу) на 180°.
Посмотрите на рис5. Здесь Вы видите как бы прямоугольную рамку стоящую вертикально на земле, столе и Вы смотрите на неё сверху. Линии идущие сверху-вниз, линии магнитного поля радиоволны, приходящей слева, для Вас. Синие стрелочки показывают направление полёта самолёта по отношению в радиомаяку. А раз так, то в нашем случае (направление II) красная сторона рамки обращена к радиомаяку. Магнитные линии в положении II скользят вдоль рамки и поэтому напряжение на выводах рамки нет. На рис1 положение II именно этот случай. На самолёте символично показана рамка и самолёт летящий строго на радиомаяк по направлению синей стрелочки. Положение самолёта и положения рамок соответствует обозначенному на рис5.
При отклонении самолёта от курса (на радиомаяк) влево (I) или вправо (III) еcтественно приведёт к повороту рамок. И только тогда, магнитные линии будут пересекать плоскость рамки, а на выводах появится переменное напряжение. Напряжение с частотой радиоволны радиомаяка как в положении I так и в положении III. Появится, но вот только на выводах положения III будет по фазе отличаться от положения I на 180°! Теперь обратимся к рис2. Это упрощённая блок-схема того самого радиополукомпаса. А, на рис3 Вы видите графики напряжений в разных точках схемы, в зависимости от положения самолёта (рамки) (I), (II) или (III).
Как всё это работает? Напряжение сигнала с частотой радиомаяка с рамки приходит и усиливается УВЧ — усилителем высокой частоты. Затем попадает в КФ — коммутатор фазы. Туда же с ГНЧ — генератора низкой частоты (по сравнению с частотой радиомаяка) поступает это самое напряжение низкой частоты. КФ имеет два канала и каждый канал управляется переменным напряжением с ГНЧ, причём на один канал подаётся напрямую, а на второй в противофазе. Что это даёт? Коммутатор поочерёдно открывает путь сигналу с рамки. Оба канала подключены к контуру L1, обмотка которого разделена надвое. Каждая половинка работает только на свой канал. Что мы имеем в итоге? Токи от каждого канала всегда находятся в противофазе. И, что с этого?
Мы же знаем, что кроме направленной антенны, рамки есть ещё одна антенна, ненаправленная. Напряжение сигнала с ненаправленной антенны того же радиомаяка выделяется на контуре сложения L2, C2. Напряжение же с коммутатора с помощью L1 трансформируется в контур сложения. В контуре поочерёдно напряжение с коммутатора и ненаправленной антенны складываются и вычитаются! Вот такой процесс получается. И чтобы понять смысл, обратимся к тем самым графикам на рис3.
Наверху три самолётика (с рамочными антеннами), с тремя направлениями полёта: I, II и III. Под каждым самолётиком столбцы с графиками соответствующие направлениям. Оговорюсь сразу, Вы средний столбец можете даже и не рассматривать! В нём никаких изменений не происходит, потому на нём и крест стоит!
Строка (a), — напряжения с рамочной антенны.
Строка (b), — график напряжения ГНЧ.
Строка (с), — напряжения с коммутатора.
Строка (d), — напряжение с ненаправленной антенны.
Строка (e) — напряжение на контуре сложения.
Строка (f) — конечный результат, — напряжение на выходе приёмника.
А, собственно, на кой все эти городки нагорожены? Ведь мы знаем, что напряжение с рамки при повороте самолёта меняют фазу надо лишь отреагировать на это и всё! Ну, да. Только вот вопрос, как это мы узнаем, что фаза поменялась?!
Два моряка, Джо и Мо, после кораблекрушения оказались на необитаемом острове. Прошло несколько лет. Однажды Джо нашёл бутылку, которую выбросили на берег волны. Это была одна из новых огромных бутылок из-под «Кока-кола». Джо побледнел. «Эй, Мо! — крикнул он, — мы с тобой уменьшились!»
Это конечно шутка, но?! Но вот если весь мир сойдёт с ума, кто-нибудь это заметит? Нет! Потому как все сойдут и все будут считать, что всё нормально, потому как не с чем сравнивать!!! Но разговор вообще-то не об этом. Чтобы понять, что фаза напряжения с рамки повернулась на 180° нужно её с чем-то сравнивать, а с чем? Вот и придумали, — точкой опоры (сравнения) будет частота ГНЧ, он же всегда под рукой. Но как сравнить несравнимое? Ведь частоты радиомаяков слишком высоки по сравнению с частотами ГНЧ. Если взять самую низкую для радиомаяков частоту в 500000 Гц., а с ГНЧ 1000 гц и даже в этом случае частоты будут разниться в 500 раз! И, что делать? Правильно, привязать к процессу ту самую частоту ГНЧ. Вот только как?
Посмотрим на графики рис3. На строках a, b и d ничего интересного, при всех изменениях здесь абсолютно ничего не меняется. Лишь в строке, а при положение самолёта III видна разность фаз (180°). В строке b частота с ГНЧ. На d частота радиомаяка. Обе частоты для наших рассуждений всегда остаются без изменений. А вот на строке с самое интересное... Здесь график частоты радиомаяка (с рамочной антенны) после «издевательства» в коммутаторе КФ. Часть синусоиды окрашенная в пурпурный цвет подверглась изменению фазы относительно напряжения с рамки. На общем фоне голубые точки на оси t показывают моменты переключения фазы, как на позиции самолёта I так и III. Картинка для позиции III несколько другая из-за сдвига фаз напряжения с рамки. И вот когда строку с и d сложили вместе, то получили графики, строка e, так ещё, произошла модуляция частоты радиомаяка частотой ГНЧ. Если такие загогулины пройдут через приёмник и будут демодулированы, то на выходе мы получим ту же частоту ГНЧ! Единственно, что если в положение I фазы колебаний будут совпадать, то в III частота будет сдвинута от «оригинала» на всё те же 180°! Остаётся подать частоты с ГНЧ и приёмника на индикатор ИК и всё! Радиополукомпас готов!
Но не всегда есть необходимость самолёту переться прямо на радиомаяк. А держаться определённого курса хочется. Поэтому чтобы это осуществить рамку делают поворотной и крутят её вручную. Поэтому и радиополукомпас! Радиокомпасом можно считать вот такое устройство, блок-схема которого показана на рис7. Основу составляет всё тот же радиополукомпас рис7-2. К нему пристроили блок автоматики который управляет работой мотора рис7-1. Если в радиополукомпасе конечный результат отображал ИК и ему не требовалась большая мощность, то для поворота антенны нужен мощный (относительно, конечно) мотор. Мотор работает от бортовой сети и стало быть нужно управлять этой сетью!
Мотор асинхронный и имеет две обмотки. На одну подаётся переменное напряжение от бортовой сети, а на другую тоже напряжение, но управляемое с приёмника радиополукомпаса. Внешне всё как и в первом варианте. При точном наведении рамки на источник напряжение с блока автоматики равно нулю и мотор стопорится. При появлении рассогласовки мотор вращается в сторону противоположную увеличения этой самой рассогласовки. В смысле пока напряжение уменьшится до нуля. Если раньше мы только фиксировали: точный курс или неточный, то сейчас мы можем определить углы интересующие нас, а как? Путём передачи вращения антенны на репитер но не механически как в спидометрах, а электрически.
Всё это осуществляется посредством сельсинов рис6. Это что-то типа электродвигателей... Один из сельсинов является датчиком и его ротор вращается непосредственно мотором рис6-1, вместе с антенной. Второй, сельсин-приёмник в точности повторяет все повороты датчика (антенны). Визуально это всё представляет собой как компас, рис7 внизу, справа. Это авиационный автоматический радиокомпас АРК. Конечно он может быть устроен гораздо сложнее описанного мною, но?..
И последнее, на замену громоздкой конструкции с моторами и поворотами, антенны делают с двумя неподвижными рамками и с управляемой диаграммой. Управляемой с помощью гониометра. Кому очень-очень интересно в моей мини-лекции: «Радионавигация. Пеленгатор».