無線電測向是一門實用技術，廣泛套用於無線電管理、軍事偵察、交通導航、救援搜尋、天文觀測、野生動物追蹤等方面。自然，也成為業餘無線電活動的內容之一。
基本介紹
- 中文名：無線電調試
VHF/UHF頻段業餘無線電簡易測向活動
無線電測向是一門實用技術，廣泛套用於無線電管理、軍事偵察、交通導航、救援搜尋、天文觀測、野生動物追蹤等方面。自然，也成為業餘無線電活動的內容之一。
與業餘圖象通信、業餘數字通信和業餘衛星通信相比，業餘無線電測向是業餘無線電活動歷史比較悠久的一個分支。兩次世界大戰中，無線電測向技術成為重要的偵察技術之一，當然也就激起了業餘無線電愛好者的研究興趣。
後來到了1930年代，一部分歐洲業餘無線電愛好者把無線電測向當作戶外遊戲的工具，逐漸形成了運動型的無線電測向。反法西斯戰爭結束後，前蘇聯把這種無線電測向運動當作為國防體育項目之一，在東歐國家推廣，奠定了這些國家在測向運動競賽中的優勢。據前些年國際測向界權威人士的估計，世界上參加這種業餘無線電測向運動的人數約為2萬人左右，即占業餘無線電愛好者人數的1%左右，1990年代以前主要分布在歐洲。IARU一區的歐洲人根據自己的習慣和優勢制訂了一個競賽規則，命名為“IARU業餘無線電測向世界錦標賽規則”。他們中間一些人主張只有符合這個規則的業餘無線電測向活動才叫做“業餘無線電測向（Amateur Radio Direction Finding，簡稱ARDF）”，其他形式的測向只能使用“獵狐”等俗名。但是其他地區的愛好者認為這種主張沒有道理，把所有形式的業餘無線電測向活動都叫做ARDF。
歐洲規則的測向在3.5MHz和144MHz兩個頻段進行，前者採用垂直極化波發射，後者採用調幅的水平極化波發射。這樣，雖然144MHz是很普及的業餘專用頻段，但業餘電台通信所採用的垂直極化天線和調頻收發信設備並不能和這種比賽活動兼容。
在歐洲以外的美洲、大洋洲和亞洲國家，更多的業餘無線電愛好者參加地方俱樂部組織的業餘無線電測向活動。與歐洲模式相比，這些活動較少強調需要高度消耗體力的長距離奔跑，而是較多地強調因地制宜、重視採用先進無線電測向技術。由於因地制宜，因此這些地方性的業餘無線電測向活動沒有世界統一的規則限制，經常利用經過改裝的現成業餘電設備，或者按照較新技術自製的專用測向設備，不但容易開展訓練活動，也具有較好的實用性。美國ARRL手冊的無線電測向章節中介紹的多為此類活動。
無線電測向和無線電定位
確定一個未知電台的位置，實際上需要使用兩項技術。一是無線電測向，測定無線電波輻射源的方向的過程成為無線電測向。二是無線電定位，根據方向信息確定被測點位置的過程成為無線電定位。（當然，還有不涉及測向的無線電定位方法。）不過通常情況下所說的ARDF籠統包含了測向和定位的過程。
無線電測向系統的組成
一般講來，要利用單台設備測定電波輻射源的方向，就需要有一種在不同方向上接收電波能力不同的天線系統，即定向天線系統。定向天線系統可以是一個本身具有方向性的天線，例如八木天線或者環形天線，也可以是多個無方向性天線（全向天線）組合成的定向天線陣。
此外，為了將信號選擇放大到可以被人感知的程度，還需要適當的無線電接收機。對一般通信或廣播用的無線電接收機的要求是希望它們對天線接收到的信號參數（信號強度等）的變化越小越好，以利於穩定接收，而測向接收機則希望對由於天線方向性和信號方向引起的信號變化越敏感越好。因此一般通信接收機需要經過一定改造、處理才能較好地套用於測向。
最簡單的VHF/UHF近距離測向
VHF/UHF本地通信多採用垂直極化電波，即發射天線垂直於地面，在大地為理想導體的條件下，其產生的電場方向也垂直於地面。如果我們在周圍用一台帶有垂直天線的手持台的收信部分接收，照理是測不出發射機方向的。
但是，實際的大地並非理想導體，因此電波在前進過程中，電場與地面之間會在電波前進方向上有一定傾斜夾角，尤其是離發射機很近的地方。
在這個區域內，如果我們手持台的天線與電場方向放置得完全一致，即天線的上端指向發射機的方向，天線感應出的信號就最強，否則信號就減弱。因此，傾斜天線並轉動方向，觀察接收到的信號強度，就有可能判斷出電台的方向。
當測試點與發射機的距離進一步減少到幾米時，伸直握住手持台的手臂，以身體為軸心轉動，接收機與發射機之間的距離變化所引起的信號強度變化就會明顯起來，因此向前傾斜天線結合手臂“掃尋”和短距離奔跑，是可以從幾十米之外追蹤到隱蔽發射機的。
雖然這種測向效果並不很好，但是在突發災害、手邊沒有完善的測向設備情況下會很實用。例如測定被壓在廢墟下的愛好者位置。
筆者曾經看到泰國和馬來西亞的一次聯合測向練習，幾十名愛好者都很快用普通的對講機找到了隱藏在校園裡的3部發射機。
利用人體的簡易定向天線
前幾年美國QST雜誌介紹了另一種簡易測向的辦法，即以固定姿勢將手持台握在胸前並與身體保持一定距離，把具有一定導電性能的身體當成一個反射體，形成一個簡單的定向天線系統，然後轉動身體，當面對電波入射方向時接收到的信號最大，這樣就可以測出電台方向。
筆者在測試144MHz天線方向性時曾可以觀察到幾米以外人體移動對信號強度的影響，說明人體反射電波的作用比想像的明顯。雖然利用人體的定向天線系統效果並不理想，但應該可以工作。
以上的測向方法雖然太簡陋了，但在突發災害時搜救廢墟下的愛好者時還是具有一定的實際意義。
調頻接收機在測向中的問題
除50MHz外，VHF/UHF業餘頻段通信雖然也有用SSB、CW等方式（例如業餘衛星和EME通信）的，但多數還是使用FM方式，包括調頻話和副載頻AFSK的調頻數據（如PACKET）。
調頻通信方式的主要優點是，所要傳輸的信號幅度是用射頻信號頻率的偏移來表示的，解調工作與接收到的射頻信號的強度無關，因此傳輸途中各種干擾、衰落引起的信號幅度變化不會被解調出來，所以最後得到的信號信噪比高，保真度好。
為了徹底消除傳輸信道中干擾造成的幅度畸變，調頻接收機通常都對信號進行足夠的放大，然後經過限幅，把信號切成理想的等幅調頻波，再送到鑒頻電路把原始音頻信號解調出來。因此我們最後得到的音頻信號十分乾淨，沒有噪音。
當沒有接收到信號時，送入鑒頻電路的是接收機的本機噪音。雖然噪音幅度不大，但是它的頻率是在很大範圍內隨機變化，而鑒頻電路的輸出信號大小隻決定於這個頻率的變化，因此解調得到的輸出信號幅度很大，所以會聽到強烈的噪聲。
當我們將調頻接收機用於測向時，不論如何轉動定向天線使信號強度隨方向有所變化，或者在接近發射機的過程中信號隨距離縮短而不斷增強，只要最小的信號已經達到限幅電路的門檻，則所有的幅度變化都會被切掉，最終聽到的信號不會有強度上的變化。
雖然很多業餘收信設備上有信號強度指示，但是這個指示比較粗糙，反應不靈敏，而且其刻度是按照一般通信條件設計的，當離開發射機較近時一般都會“滿表”。
不過當信號很小，小到限幅門檻以下時，調頻接收機還是可以反映信號強度的。在限幅尚未或者剛剛起作用時，送到鑒頻電路的有微弱的接收信號，還有本機噪聲。最後聽到的是混有噪聲的音頻信號。當信號變強時，限幅所起的作用增強，噪聲變小。因此可以根據信號和噪聲的對比來判定信號強度的變化。
所以，通常的手持對講機的接收部分只能在離開發射機較遠的地方直接用來測向。當逐漸靠近發射機時，必須將接收到的信號人為地衰減到限幅臨界點。也就是說，利用業餘通信接收機測向，除了需要定向天線系統外，還需要一個可以調節的射頻衰減器。
注意，接收機上的音量旋鈕調節的是解調以後的音頻信號，而我們需要衰減的是解調以前的高頻信號，調節音量旋鈕並不能解決問題。
最簡單的衰減器
QST雜誌介紹的利用人體的定向天線系統文章中使用了一個最簡單的衰減器來解決使接收機在從遠到近的所有距離內保持臨界限幅的狀態。這就是用金屬板或者鍍有導電層的紙板卷一個幾十公分長、能使手持接收機自由放入的禁止圓筒，用一根繩子吊住接收機放入圓筒，調整接收機在圓筒內的深度使信號減小到和噪音相當，固定住接收機、圓筒和自己身體的相對位置，再轉動身體測向。
電阻衰減器
利用開關切換的電阻網路做成的衰減器被廣泛地套用於業餘無線電的射頻調試。它也可以用於測向。當然，衰減器必須有良好的禁止設計，防止信號通過空間越過衰減網路直接進入後面。
衰減器一頭連到定向天線，另一頭連到接收機，通過開關改變衰減量，使信號衰減到臨界限幅狀態即可。
電阻衰減器的缺點及其解決辦法
通信調頻接收機十分靈敏，而離開發射機一米遠時的信號強度十分可觀，將其衰減到限幅門檻以下需要70dB以上的衰減量。 從理論上講，工藝精良的電阻衰減器可以做到這一點。但是即是衰減器沒有問題，離電台十分接近時接收機還是難以反映信號強度變化，因為很多手持設備的禁止並不很完善，靠近電台時直接從塑膠外殼竄入接收電路的信號足以超過限幅門檻。
為此，QST雜誌提出過另一種衰減器，即在定向天線和調頻接收機之間插入一個額外的增益可調的變頻電路，例如將頻率向下搬移500KHz。這樣，如果我們要測定的電台工作在144.70MHz，那么我們需要把接收機調諧在144.20MHz。離開電台越近，我們可以越加壓低變頻電路的效率，以實現所需的衰減。此時即使發射機的144.70MHz信號直接竄入接收電路，也不在我們的接收頻率144.20MHz上，沒有什麼影響。
這個變頻電路與一般接收機的變頻級不同，它被用來衰減信號而不必追求儘量高的變頻增益，所以它可以被設計得很簡單。
當然這樣的變頻衰減器也有一定的缺點，一是使用衰減器時接收機不是調諧在目標電台的工作頻率上，不直觀、不方便；二是使用電位器簡單地衰減本振幅度時，衰減量的控制難以均勻、準確地標度。
八木定向天線
八木天線是典型的定向天線，很多有關業餘無線電天線和電視天線的書刊中有詳細介紹，這裡不再重複。
雖然八木天線的振子越多方向性越尖銳，但是一般業餘無線電手持測向機使用三單元144MHz或者4－5單元430MHz天線就可以了，振子越多體積越大，不利於攜帶和移動。另外，在一般市鎮、山地、樹林等條件下，尤其是天線很矮、與人體距離很近時，這些環境對電波的反射、吸收造成的指向誤差是十分明顯的，天線方向性再尖銳也未必有實際意義。
HB9CV天線
作為手持144MHz頻段天線，八木天線的體積有時還嫌大，國外很多愛好者選用了一種叫做HB9CV的天線，這種天線的兩個振子間的距離比較小，總體積也就小。
這種天線由2個半波長振子組成，兩個振子間用相位線聯結，按照一定相位供電，使它們產生的電磁場在一個方向抵銷、另一個方向疊加。50歐饋電線與天線饋電點之間串聯一個半可調電容。調整這個電容，可以得到極好的前後比。
利用附加調頻測向-都卜勒法
上面敘述的測向基於感測定向天線在指向不同方向時接收到的信號強度所發生的變化。雖然使用適當的衰減器可以使調頻通信接收機最終輸出的音頻信號反映出信號變化，但是這種變化是靠伴生噪聲的大小來反映的，聽起來不舒服，而且在接近被測電台的過程中需要不斷調整衰減器才能使信號保持在反映最靈敏的範圍。
為了克服這些問題，可以採用另外的技術，把電波入射方向與天線的關係轉換為對信號的附加調頻深度，這樣就可以直接利用調頻通信接收機直接把這種關係解調為可聽信號，而不必插入需要不斷調整的衰減器、非把信號衰減到和本機噪聲相比擬的微弱程度。
都卜勒法是業餘無線電測向最常用的一種附加調頻的方法，它利用切換不同空間位置的天線，模擬天線在電波傳播方向上的相對運動，產生都卜勒頻移。
最簡單的都卜勒測向機天線系統由兩支相同的垂直天線構成，可以是臂長為1/4波長的垂直接地天線，也可以是全長為1/2波長的垂直偶極天線，本例為後者。兩支天線之間的空間距離為1/4波長至1/2波長之間。
兩支天線通過長度相等的饋線，經過一個電子開關輪流接到接收機輸入端，重複頻率在音頻範圍內，例如1KHz。
當兩支天線的連線垂直於電波入射方向時，無論哪一支天線接到接收機，天線離發射機的距離不變，接收到的信號沒有任何變化。
當兩支天線的連線和電波入射方向一致時，一會兒離發射機較近的那支天線工作，一會兒離發射機較遠的那支天線工作，從接收機看來好象天線一會兒移動靠向發射機，一會兒移動遠離發射機。當天線迎向電波入射方向運動時，接收到的信號頻率會由於都卜勒效應而變高，反之，當天線逆向電波入射方向運動時接收到的信號頻率降低。這樣接收到的信號頻率出現了附加調製。這個按音頻速度切換引起的附加調頻，最後會被解調成音頻方波信號而可以被人耳聽到。當電波入射方向與兩支天線的連線平行時，這個附加音頻信號幅度最大；當電波入射方向與兩支天線的連線垂直時，附加音頻信號幅度為零。這樣轉動天線系統，就可以根據附加的音頻方波信號的大小來判別電台的方向。音頻信號的大小隻與方向有關，而與測試點與發射機的距離無關，因此測向操作比較方便。
這種雙天線都卜勒測向系統的方向特性呈現8字形，當電波入射方向垂直於兩支天線連線時，方向與輸出音頻信號幅度的關係比較靈敏，可以比較精確地指示出發射機與測試點之間的連線，但是電台究竟在連線的哪一頭卻無法指示出來，所以至少需要在兩個以上地點進行測向，交叉定點。
本例的都卜勒天線系統的製作中需要注意一點，即每支天線的饋電電纜的電氣長度應該取1/2波長。當天線兩臂之間的二極體反偏截止時，天線正常工作，它的阻抗為50歐姆左右，經過特性阻抗為50歐姆的電纜，在接收機端表現的阻抗還是50歐姆。當二極體正偏導通時，其高頻動態阻抗極小，相當於短路，如果電纜電氣長度為1/2波長，反射到另一端的阻抗為無窮大，不會影響另一支天線。假如電纜長度不合適，反射到另一端的阻抗相當於在接收機輸入端並聯了一個電阻，使正在工作的那支天線的信號損失一部分，影響整個系統的靈敏度。
更多的研究空間
除了上面提到的測向方法以外，業餘無線電測向還包括很多其他方法，有些方法簡單，有些方法很複雜，決不是一篇文章可以說完的。即使是世界上比較先進的無線電測向專業設備和系統，也還是有很多問題沒有解決，尤其在提高精度方面，例如如何克服電離層或者城市環境影響造成的畸變而精確測定電台方向效果還不十分理想。因此，業餘無線電技術是一個既古老、又存在研究空間的領域，值得有興趣的業餘無線電愛好者試一試身手。
應該說明的是，無線電測向也是無線電管理的對象之一。業餘無線電測向可以用來研究技術，測定業餘電台、干擾業餘頻段的非法干擾電台以及其他干擾源（例如工業放電對周圍廣播造成的干擾、家庭閉路電視系統的泄漏等），套用於協助救生搜尋、野生動物保護、業餘天文觀測等，以及作為競賽、遊戲，但是不允許用來測定其他正常無線電通信業務電台的參數，務請注意。
