Структурная схема типового АРК

Обязательными элементами типового АРК (рис. 2.4) являются рамочная антенна (подвижная или неподвижная с гониометром), ненаправленная антенна и двигатель вращения рамки (искателя гониометра).

Рис. 2.4. Структурная схема типового автоматического радиокомпаса

Для преобразования ВЧ управляющего и опорного сигналов в управляющее напряжение низкой частоты предусмотрена амплитудная фазочувствительная местная модуляция, с помощью которой ВЧ сигналы (управляющий и опорный) преобразуются в амплитудномодулированное колебание, причем фаза его огибающей должна соответст­вовать фазе э.д.с рамки (искатели гониометра), а частота огибающей - частоте модуляции. Эта огибающая и может содержать информацию об управляющем сигнале низкой частоты. Ее выделение осуществляется в процессе детектирования.

Преобразование ВЧ сигналов в управляющий НЧ сигнал осуществ­ляется следующим образом.

Высокочастотный сигнал U₁ (рис. 2.5) рамки (искателя гониометра) усиливается усилителем сигналов высокой частоты УВЧ (см. рис. 2.4) и через фазосдвигающую цепь поступает на амплитудный модулятор. На него от генератора звуковой частоты ЗГ поступает напряжение U₂ звуковой частоты (желательно 400 Гц) модуляции. В качестве нели­нейного элемента в схеме модулятора может использоваться транзис­тор, диод (ламповый или полупроводниковый), электронная лампа, магнитный усилитель и т. д. Наиболее простой схемой модулятора является однотактная. В нагрузке такого модулятора образуется амплитудно-модулированное колебание (АМК), но фаза его огибающей не изменяется, т. е. не соответствует фазе э.д.с. рамки (искателя гониометра).

Рис. 2.5. Временные диаграммы напряжения в элементах радиокомпаса

Балансный модулятор (двухтактный) содержит два нелинейных элемента (например, диоды и нагрузку). Такая схема требует симметричного противофазного возбуждения, и поэтому перед ней включает фазоинверсный каскад, на выходе которого формируются напряжения U_а, U₆ (рис. 2.6). Эти напряжения к диодам VD1 и VD2 прикладывают в противофазе, а напряжение модуляции U₂ - синфазно.

При положительном полупериоде напряжения модуляции U₂ диод VD1 открыт, a VD2 закрыт и через сопротивление нагрузки R_H протекает амплитудно-модулированный ток i₁. При отрицательном полупе­риоде напряжения U₂ закрывается диод VD1, открывается диод VD2 и через нагрузку протекает ток i₂ в направлении, противоположном току i₂ на нагрузке образуется балансно-модулированное колеба­ние (БМК) U₃, у которого изменяет­ся на 180° (коммутируется) фаза ВЧ сигнала через каждые пол­периода напряжения модуляции, поэтому балансный модулятор (БМ) еще называют коммутатором фазы. Но, как видно из временных диаграмм, балансный модулятор не сохраняет фазовых соотноше­ний, т.е. не обеспечивает перенос фазы ВЧ сигнала рамки в фазу огибающей АМК. Другой особен­ностью такого модулятора являет­ся то, что он подавляет в нагрузке колебания несущей частоты и выделяет только напряжения боковых частот (f _н ± F_M).

 

Рис. 2.6. Схема балансного модулятора (в) и временные диаграммы напряжений (б)

Для восстановления несущей частоты используют опорный сигнал U₄ (см. рис. 2.4 и 2.5) ненаправленной антенны. Восстановление проис­ходит в устройстве сложения, на которое подают колебания БМК и опорный сигнал ненаправленной антенны. При сложении (вычитании) этих сигналов образуются обычные АМК U ₅, причем фаза их огибаю­щей определяется фазой э.д.с. рамки (искателя), а частота огибающей равна частоте модуляции. Таким образом, в устройстве сложения осуществляется фазочувствительная амплитудная местная модуля­ция, глубина которой определяется углом отклонения рамки (искате­ля гониометра) от положения "нулевого" приема. Для получения оптимальной глубины местной амплитудной модуляции необходимо, чтобы в устройстве сложения рамочный сигнал и сигнал ненаправлен­ной антенны находились в фазе или противофазе. Но эти сигналы на выходе рамки (искателя) и ненаправленной антенны сдвинуты по фазе на 90° (см. рис. 2.1). Поэтому в рамочном канале включена фазосдвигающая цепь, которая осуществляет фазовый сдвиг сигнала рамки на 90°.

Полученные в устройстве сложения колебания АМК поступают в приемник, который осуществляет избирательность по всем каналам, усиление этих колебаний, преобразование и детектирование. На нагрузке детектора приемника выделяется огибающая АМК, которая называется управляющим сигналом U₆ частотой, равной частоте модуляции.

Управляющее напряжение поступает в управляющее устройство и затем на двигатель вращения рамки (искателя). В зависимости от типа двигателя и выбора частоты модуляции управляющее устройство может выполнять функцию усилителя напряжения НЧ или преобразователя напряжения и усилителя. Частоту модуляции выбирают не равной 400 Гц, так как радиокомпас может принимать модулированные сигналы с телефонным спектром 300...3000 Гц, в пределах которого находится частота 400 Гц. Телефонные сигналы используют для опозна­вания наземных радиостанций по позывным сигналам. Разделение управляющего и телефонного сигналов частотой 400 Гц сопряжено с большими схемными трудностями, поэтому частоту модуляции выби­рают низкую, вне пределов спектра телефонных сигналов. В автомати­ческих радиокомпасах АРК-5 она равна 50 Гц, АРК-9, АРК-11, АРК-У2 и АРК-УД - 30 Гц, АРК-15М - 135 Гц, АРК-22 - 90 Гц. Поэтому управляющий сигнал указанных частот преобразуется в управляющем устройстве (за исключением АРК-15М) в напряжение частотой 400 Гц с сохранением фазовых соотношений. В радиокомпасе АРК-15М управ­ляющее устройство выполняет функцию усилителя сигналов низкой частоты. Управляющее напряжение поступает на двигатель M1, который вращает рамку (искатель) до тех пор, пока э.д.с. рамки (искателя) и управляющее напряжение низкой частоты не станут равными нулю, а рамка (искатель) повернется на угол значением, пропорциональным КУР. Для передачи данных КУР на индикатор используется следящая система или индикаторная передача.

На этом принципе основана работа всех перечисленных радиокомпасов, которые различаются элементной базой. Радиокомпас АРК-5 выполнен на электровакуумных приборах АРК-9, АРК-11 - на электро­вакуумных приборах и транзисторах, АРК-15М и АРК-22 - на транзисторах и микросхемах, АРК-УД - на транзисторах. Во всех радиокомпа­сах, за исключением радиокомпасов АРК-15М и АРК-22, используют поворотные рамочные антенны, а в радиокомпасах АРК-15М и АРК-22 -неподвижные рамочные антенны и гониометр.

При использовании рамочных антенн возможны погрешности при измерении КУР.

Одной из погрешностей в измерении КУР является погрешность, вызванная действием на направленную антенну, кроме поля приходящей радиоволны, вторичного электромагнитного поля, отраженного (переизлученного) корпусом ВС, его выступающими частями, антенна­ми других радиосредств. Эта погрешность называется радиодевиацией ΔР.

Такие погрешности имеют систематический характер, т. е. от измерения к измерению сохраняют свое значение и знак, что дает возможность определить их и скомпенсировать. Определяют (измеряют) радиодевиацию на заводе-изготовителе ВС, строят специальные таблицы или графики поправок и, используя их, компенсируют радио­девиацию специальными механическими компенсаторами радиоком­паса. Кроме того, в радиокомпасах с антенно-гониометрической системой радиодевиацию частично компенсируют электрическим способом, используя различные действующие высоты неподвижных рамочных антенн.

Погрешности в измерении КУР вызываются и антенным эффектом. (Антенным эффектом называют дополнительный ненаправленный прием рамочной антенной.) Они возникают из-за наличия распределен­ных емкостей паразитных связей плеч рамочной антенны с корпусом ВС, и каждое плечо по существу является ненаправленной антенной с круговой диаграммой направленности. При несимметричной рамочной антенне и несимметричной входной цепи рамочного канала радиоком­паса круговые диаграммы плеч будут различны. Они накладываются на диаграмму направленности рамки ("восьмерку"), при этом положе­ние "нулевого" приема будет смещено. Для уменьшения погрешности, вызванной антенным эффектом, осуществляют симметрирование плеч рамочной антенны и входных цепей рамочного канала радиокомпаса.

Радиокомпасы в гражданской авиации применяют с 1930-1932 гг. Первые типы радиокомпасов работали на средних волнах и использовали сигналы широковещательных радиостанций (ШРВС) с ручным вращением рамочной антенны и определением КУР на слух. В 1935- 1938 гг. внедрены в эксплуатацию радиополукомпасы (РПК) со стрелоч­ным индикатором. Такой радиокомпас был установлен на самолетах экспедиции М. В. Водопьянова на Северный полюс в 1937 г. В 1940-1941 гг. были разработаны автоматические радиокомпасы. Наряду с использованием средневолнового диапазона для обеспече­ния межсамолетной навигации, операций поиска и спасения экипажей, терпящих бедствия, созданы специальные АРК, работающие в диапазоне метровых волн (радиокомпасы АРК-У2, АРК-УД).

Для расширения навигационных возможностей использования АРК на аэродромах и воздушных линиях устанавливают приводные радиостанции.