Hackaday

vi tänker på radionavigering och riktningsfynd som något ganska modernt. Det kan dock överraska dig att riktningsfyndet är nästan lika gammalt som radion själv. År 1888 noterade Heinrich Hertz att signalerna var starkast när de var i en orientering av en slingantenn och svagaste 90 grader roterade. Vid 1900 noterade experimenter att dipoler uppvisar liknande beteende och det var inte länge innan antenner gjordes för att rotera för att antingen maximera signalen eller lokalisera sändaren.

naturligtvis finns det ett problem. Du kan faktiskt inte berätta vilken sida av antennen som pekar på signalen med en slinga eller en dipol. Så om antennen pekar norrut kan signalen vara i norr men den kan också vara i söder. Fortfarande, i vissa fall är det tillräckligt med information.

John Stone patenterade ett system som detta 1901. Den välkända radioexperimentören Lee De Forest hade också ett nytt system 1904. Dessa system led alla av en rad olika problem. Vid kortvågsfrekvenser kan multipathutbredning förvirra mottagaren och medan långvågssignaler behöver mycket stora antenner. De flesta antennerna rörde sig, men vissa — som en av Marconi — använde flera element och en omkopplare.

det finns dock speciella fall där dessa begränsningar är acceptabla. Till exempel, när Pan Am behövde navigera flygplan över havet på 1930-talet, Hugo Leuteritz som hade arbetat på RCA före Pan Am, använde en slingantenn på flygplatsen för att hitta en sändare på planet. Eftersom du visste vilken sida av antennen flygplanet måste vara på, var dubbelriktad detektering inte ett problem.

grundläggande navigering

radionavigering beror mycket på vanlig himmelsk navigering och kartläggning. Istället för att se en fyr, solen eller en stjärna ser du en radiosändare.

Tänk på att du befinner dig i ett fält som har en flaggstång på den och du vet den exakta platsen och höjden på Polen. Om du är någonstans i fältet och vill veta var du är kan du använda Polen. Du ser Polen och mäter vinkeln mot Polen. Eftersom du känner till höjden och vinkeln kan du använda geometri för att rita en cirkel runt polen som du måste vara på.

naturligtvis kan du vara var som helst i cirkeln — vilka navigatörer kallar en position. Men tänk om du hade två poler? Du kan rita två cirklar. Om du har tur kommer cirklarna att röra vid exakt en punkt och det är där du är. Det är dock vanligare att ha två punkter och — förmodligen — en kommer att vara väldigt långt borta från var du borde vara och en kommer att vara nära var du borde vara.

även med ett enkelt par slingor kan du göra samma trick om de är tillräckligt långt ifrån varandra. Om station en visar en vinkel på 30 grader (eller 210 grader; det är tvetydigt) till sändaren och stationen två visar en vinkel på 300 grader, Du kan triangulera genom att rita två linjer och notera var de korsar.

förbättringar

ändå var det en efterfrågan på något bättre. 1909 introducerade Ettore Bellini och Alessandro Tosi en innovation. Bellini-Tosi-systemet använde två antenner i rät vinkel som matade spolar. En tredje slinga rörde sig inuti spolarna för att hitta riktningen. Detta gjorde det möjligt för de stora antennerna att förbli stationära. Vid 1920-talet var dessa ganska vanliga och förblev så fram till 1950-talet.

vid 1919 kom den brittiska ingenjören Frank Adcock med ett system som använde fyra vertikala antenner, antingen monopoler eller dipoler. Detta arrangemang kopplade antennerna för att effektivt göra en fyrkantig slinga som ignorerar horisontellt polariserade signaler, vilket minskar mottagningen av skywaves. Adcock-antenner användes ofta med Bellini-Tosi-detektorer.

blixtnedslag

1926 försökte Brit Robert Watson-Watt upptäcka blixtnedslag för att hjälpa flygare och sjömän att undvika stormar. Blixtsignaler är mycket snabba, men det tog ungefär en minut för en erfaren operatör att ställa upp en Bellini-Tosi-detektor. Genom att koppla en Adcock-antenn och ett oscilloskop kunde Watt snabbt låsa på en blixtbult eller en radiosändare.

den militära högfrekventa riktningsfinnaren eller huff-Duff visade sig vara ovärderlig under kriget. De tyska U-båtarna höll sändningarna korta för att undvika upptäckt, men med huff-Duff spelade det ingen roll. Tyskarna räknade inte ut teknikförbättringen och uppskattningar är att 25% av U-båtens sjunkning berodde på huff-Duff.

moderna tider

moderna system är mycket mer sofistikerade med faslåsta slingor och andra tekniker. Även om vissa tidiga system som den som används av Pan Am används sändare på planet och mottagare på marken, de flesta system gör det motsatta. Äldre ADF-automatisk riktningsfynd-uppsättningar använde motoriserade antenner för att lokalisera kända sändare. Moderna uppsättningar använder Marconi-systemet med flera antenner, även om omkopplaren är elektronisk i detta fall.

Ham radiooperatörer njuta av rävjakt — en del av händelsen kallas “radiosport” i större delen av världen — som i huvudsak kurragömma spelas med en radiosändare. Du kan se mer i videon nedan.

du kanske tror att GPS har gjort radio riktning hitta ett minne blott. Men om du tänker på det är GPS en annan form av radioriktningsfynd. Istället för att använda ett lager av en antenn, du mäter signal ankomsttid, men det är samma uppfattning. Tidsfördröjningen ger dig en cirkel från satellitens kända position. Att göra flera cirklar runt flera satelliter ger dig en exakt position.

visst, tekniken är långt ifrån Hertzs slingantenn. Men radioriktning är fortfarande en viktig del av moderna Navigationssystem.