เครื่องหาทิศทางแบบ เบลลินี-โทซี ( B–TหรือBTDF ) เป็นเครื่องหาทิศทางวิทยุ (RDF) ประเภทหนึ่ง ซึ่งใช้กำหนดทิศทางหรือมุมรับส่งสัญญาณวิทยุ ระบบ RDF รุ่นก่อนๆ ใช้เสาอากาศแบบวงแหวนหมุน ขนาดใหญ่มาก ซึ่งระบบ B–T ได้เปลี่ยนมาใช้เสาอากาศแบบคงที่สองตัวและวงแหวนหมุนขนาดเล็กที่เรียกว่าเรดิโอโกนิโอมิเตอร์ทำให้ระบบ RDF ใช้งานได้จริงมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยานพาหนะขนาดใหญ่ เช่น เรือ หรือเมื่อใช้คลื่นความยาวสูงมากที่ต้องการเสาอากาศขนาดใหญ่

ระบบ BTDF ถูกคิดค้นโดย นายทหารชาวอิตาลีสองนายในช่วงต้นทศวรรษ 1900 และบางครั้งก็รู้จักกันในชื่อMarconi–Bellini–Tosiหลังจากที่พวกเขาร่วมมือกับบริษัท Marconi ในปี 1912 ระบบ BTDF เป็นรูปแบบการหาทิศทางทางทะเลที่แพร่หลายที่สุดตั้งแต่ทศวรรษ 1920 จนถึงทศวรรษ 1980 และถูกใช้เป็นส่วนสำคัญของระบบ นำทางอากาศระยะไกลในยุคแรกตั้งแต่ทศวรรษ 1930 จนกระทั่งหลังสงครามโลกครั้งที่สองระบบ BTDF ยังถูกใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการรวบรวม ข่าวกรองสัญญาณ ทางทหารด้วย

ในช่วงสงคราม เทคนิคใหม่ๆ เช่นฮัฟ-ดัฟฟ์เริ่มเข้ามาแทนที่เครื่องวัดมุมวิทยุ (radiogoniometer) ในบทบาทการรวบรวมข้อมูลข่าวกรอง ลดเวลาที่จำเป็นในการหาตำแหน่งที่แม่นยำจากหลายนาทีเหลือเพียงไม่กี่วินาที ความสามารถในการประมวลผลสัญญาณวิทยุด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ ในราคาประหยัด ทำให้เครื่องหาทิศทางแบบซูโด-ดอปเปลอร์ (pseudo-Doppler direction finder)เข้ามาแทนที่บทบาทที่เหลืออยู่ของเครื่องวัดมุมวิทยุส่วนใหญ่ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 แม้ว่าจะไม่ค่อยได้ใช้งานในปัจจุบัน แต่เสาอากาศดั้งเดิมของระบบ BTDF ก็ยังคงพบเห็นได้บนเรือและเรือยนต์หลายลำ

การทดลองแรกสุดใน RDF ดำเนินการในปี พ.ศ. 2431 เมื่อไฮน์ริช เฮิรตซ์ค้นพบทิศทางของลวดวงเปิดที่ใช้เป็นเสาอากาศ เขาพบว่าประกายไฟที่เกิดขึ้นที่ช่องว่างเปิดระหว่างปลายของวงลวดนั้นแรงกว่ามากเมื่อปลายวงลวดหันเข้าหาเครื่องส่งสัญญาณ และหายไปอย่างสิ้นเชิงเมื่อวางให้หน้าวงลวดหันเข้าหาเครื่องส่งสัญญาณ^{[ 1 ]}

ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 นักทดลองหลายคนกำลังมองหาวิธีการใช้แนวคิดนี้เพื่อระบุตำแหน่งของเครื่องส่งสัญญาณ ระบบวิทยุยุคแรกโดยทั่วไปใช้ สัญญาณ คลื่นยาวหรือคลื่นกลางโดยเฉพาะอย่างยิ่งคลื่นยาวมีคุณลักษณะการส่งสัญญาณระยะไกลที่ดีเนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์กับพื้นดินน้อย จึงทำให้เกิดการแพร่กระจายคลื่นพื้นดินตามเส้นทางวงกลมใหญ่ ที่ดีเยี่ยม ซึ่งชี้ตรงไปยังเครื่องส่งสัญญาณ วิธีการดำเนินการ RDF บนสัญญาณคลื่นยาวเป็นหัวข้อการวิจัยที่สำคัญในช่วงทศวรรษ 1900 และ 1910 ^{[ 2 ] [ 3 ] [ a ]}

โดยทั่วไปเสาอากาศจะไวต่อสัญญาณก็ต่อเมื่อมีความยาวที่เป็นส่วนสำคัญของความยาวคลื่นหรือมากกว่านั้น ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปคือไดโพลครึ่งคลื่นสำหรับการใช้งานคลื่นยาว ส่งผลให้เสาอากาศแบบวงแหวนมีขนาดหลายสิบฟุตในแต่ละด้าน โดยมักจะมีวงแหวนมากกว่าหนึ่งวงเชื่อมต่อกันเพื่อปรับปรุงสัญญาณ ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาสำคัญในการจัดวางเสาอากาศให้หมุนได้กองทัพเรือสหรัฐฯแก้ปัญหานี้ได้ในระดับหนึ่งโดยการติดตั้งเสาอากาศยาวบนเรือและแล่นเรือเป็นวงกลม^{[ 4 ]}

หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาดังกล่าวได้รับการพัฒนาโดย บริษัท Marconiในปี 1905 ซึ่งประกอบด้วยลวดหรือแท่งแนวนอนยาวจำนวนมากที่จัดเรียงให้ชี้ออกไปจากจุดศูนย์กลางร่วมกัน สวิตช์ที่เคลื่อนที่ได้สามารถเชื่อมต่อลวดคู่ตรงข้ามเพื่อสร้างไดโพล และโดยการหมุนสวิตช์ ผู้ใช้งานสามารถค้นหาสัญญาณที่แรงที่สุดได้^{[ 5 ] [ 6 ]}ระบบทั้งหมดนี้เทอะทะและไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานหลายอย่าง^{[ 7 ]}

ระหว่างการทดลองในปี พ.ศ. 2450 ^{[ 8 ] [ b ]} Ettore Bellini และ Alessandro Tosi สังเกตเห็นว่าพวกเขาสามารถทำให้สัญญาณที่ได้รับถูกแผ่รังสีซ้ำได้โดยการสร้างลูปที่มีขดลวดหลายรอบ การใช้เสาอากาศลูปสองอันที่จัดเรียงเป็นมุมฉากและขดลวดขนาดเล็กสองชุดที่จัดเรียงในลักษณะเดียวกัน ทำให้สามารถสร้างคุณสมบัติทิศทางของสัญญาณวิทยุเดิมขึ้นมาใหม่ได้ จากนั้นจึงสามารถค้นหาทิศทางได้โดยใช้เสาอากาศลูปแบบธรรมดาที่วางไว้ตรงกลางของสเตเตอร์ (หรือขดลวดสนาม ) ทั้งสองนี้ ลูปที่หมุนได้เรียกว่าโรเตอร์ (หรือขดลวดตรวจจับ ) ^{[ 9 ] [ 5 ]}

เนื่องจากขดลวดสนามเชื่อมต่อกับเสาอากาศทางไฟฟ้า จึงสามารถวางไว้ที่ใดก็ได้ และขนาดของขดลวดไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ซึ่งหมายความว่าขณะนี้สามารถทำการค้นหาคลื่นความถี่ระยะไกล (RDF) ได้อย่างง่ายดาย โดยใช้เสาอากาศขนาดใดก็ได้ สำหรับการใช้งานคลื่นยาว เสาอากาศแบบไขว้สองตัวสามารถสร้างได้ง่ายโดยการเดินสายไฟสี่เส้นจากเสาเดียวลงสู่พื้นเพื่อสร้างรูปทรงสามเหลี่ยม^{[ 4 ] [ 10 ]}เมื่อใช้กับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ระบบเสาอากาศแบบวงแหวนไขว้สองตัวพิสูจน์แล้วว่ามีความแข็งแรงทางกลมากกว่าเสาอากาศแบบหมุนตัวเดียว นอกจากนี้ยังมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมคือสามารถวางเสาอากาศได้เกือบทุกที่ ระบบก่อนหน้านี้มักมีการควบคุมระยะไกลผ่านการเชื่อมต่อทางกล แต่สิ่งนี้จำกัดการวางเสาอากาศหรือห้องรับสัญญาณ^{[ 4 ]}

ทั้งคู่ขายสิทธิบัตรให้กับบริษัท Marconiในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2455 และ Bellini เข้าร่วมบริษัทเพื่อพัฒนาต่อ^{[ 5 ]}หลังจากนั้นไม่นานก็มีการทดสอบใช้งาน อย่างไรก็ตาม สัญญาณทั้งหมดที่ส่งจากต้นทางถึงปลายทางนั้นมีขนาดเล็กมาก และระบบที่ไม่ได้ขยายสัญญาณ^{[ 10 ]}สามารถใช้งานได้เฉพาะกับสัญญาณที่มีกำลังแรงเท่านั้น การทดลองในช่วงแรกที่ดำเนินการบนเรือEskimoและRoyal GeorgeรวมถึงเรือRMS Mauretaniaประสบความสำเร็จ แต่ระยะทางจำกัดอยู่ที่ประมาณ 15 ไมล์ (24 กิโลเมตร) ในการทดสอบบนเรือUSS Wyomingกองทัพเรือสหรัฐฯพบว่าสนามแม่เหล็กของเรือเองบดบังสัญญาณที่ผลิตจากขดลวดตรวจจับ ทำให้เกิดเอาต์พุตที่บ่งชี้ว่าเครื่องส่งสัญญาณอยู่ด้านหน้าเรือเสมอ^{[ 4 ]}

ระบบ B–T ได้รับการแนะนำในช่วงเวลาเดียวกับหลอดไตรโอด รุ่นแรก และความร่วมมือของมาร์โคนีเกิดขึ้นในปีเดียวกับที่สังเกตเห็นความสามารถของหลอดไตรโอดในการขยายสัญญาณเป็นครั้งแรก ภายในปี พ.ศ. 2463 การใช้เครื่องขยายสัญญาณในวิทยุแพร่หลายไปทั่ว^{[ 11 ]}

เครื่องขยายเสียงแบบไตรโอดช่วยให้สามารถตรวจจับสัญญาณอ่อนได้ในระยะทางที่ไกลขึ้น

ในช่วงทศวรรษ 1910 และต้นทศวรรษ 1920 นักวิจัยหลายคนค้นพบว่าสัญญาณที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจะสะท้อนจากสิ่งที่ต่อมาเรียกว่าไอโอโนสเฟี ยร์ ซึ่งทำให้สัญญาณสามารถเดินทางได้ไกลมากโดยการสะท้อนหลายครั้งจากพื้นดินและไอโอโนสเฟียร์ การขยายระยะทางนี้ทำให้สามารถใช้เครื่องส่งสัญญาณกำลังต่ำสำหรับการสื่อสารระยะไกลได้อย่างมาก ในปี 1923 นักวิทยุสมัครเล่น (แฮม) หลายคนแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมที่ 100 เมตร และเริ่มการสื่อสารข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกเป็นประจำในปีถัดมา ซึ่งนำไปสู่การกำหนดแถบความถี่ใหม่จำนวนมากใน ย่าน คลื่นสั้น นี้ โดยมีความยาวคลื่นสั้นถึง 10 เมตร (ซึ่งถือว่ายาวมากเมื่อเทียบกับมาตรฐานในปัจจุบัน) ในปี 1930 ความถี่เหล่านี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อวัตถุประสงค์หลายประการ^{[ 12 ]}

สัญญาณคลื่นสั้นเป็นปัญหาสำหรับ RDF เนื่องจาก สัญญาณ คลื่นฟ้าสามารถรับได้พร้อมกันจากหลายจุดส่งสัญญาณ ทำให้ดูเหมือนว่าเครื่องส่งสัญญาณอยู่หลายทิศทาง แม้ว่าจะมีงานวิจัยเกี่ยวกับวิธีแก้ปัญหานี้มาก่อนแล้ว แต่ไม่ใช่เพื่อแก้ปัญหาเฉพาะนี้ ในปี 1917 แฟรงค์ แอดค็อก พยายามแก้ปัญหาการสร้างเสาอากาศขนาดใหญ่ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานกับเครื่องวัดมุมคลื่นวิทยุแม้ในความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด เขาพัฒนาระบบโดยใช้เสาสูงมากสี่ต้นเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าเพื่อสร้างวงเสมือนสองวง วิธีนี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการเชื่อมต่อส่วนบนของเสาอากาศ ซึ่งปกติแล้วเชื่อมต่อกันได้ยากสำหรับเสาอากาศขนาดใหญ่มาก อย่างไรก็ตาม ต่อมาพบว่าการเชื่อมต่อใต้ดินระหว่างเสาอากาศนั้นบังสัญญาณคลื่นฟ้า ทำให้มีเพียงสัญญาณคลื่นพื้นดินแบบเส้นตรงเท่านั้นที่ไปถึงเครื่องวัดมุมคลื่นวิทยุได้

แถบความยาวคลื่นที่สั้นกว่ามีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านการบิน เสาอากาศที่ส่งสัญญาณที่มีประโยชน์ที่ความถี่คลื่นยาวจะมีขนาดใหญ่กว่าเครื่องบินทั่วไป (แม้ว่าเรือเหาะซีปเปลินจะไม่มีปัญหา) ^{[ 10 ]}และความถี่ที่สูงขึ้นใน แถบ ความถี่สูง (HF) และความถี่สูงมาก (VHF) ก็เป็นที่ต้องการอย่างมาก

ข้อจำกัดของความถี่เหล่านี้สำหรับการสื่อสารแบบมองเห็นได้ในเวลากลางวันไม่ได้เป็นปัญหาสำคัญสำหรับการใช้งานทางอากาศสู่พื้นดิน เนื่องจากขอบฟ้า ในพื้นที่ อาจอยู่ห่างออกไปหลายร้อยไมล์สำหรับเครื่องบินที่บินในระดับความสูงปานกลาง ตัวอย่างที่ดีของข้อดีของความยาวคลื่นที่สั้นกว่าสามารถเห็นได้จากเครื่องบินSupermarine Spitfireซึ่งเริ่มต้นสงครามโลกครั้งที่สองด้วยวิทยุ HF ที่ออกอากาศจากเสาอากาศแบบสายเคเบิลที่ยืดจากห้องนักบินไปยังด้านบนของหางเสือแนวตั้งซึ่งให้ระยะการสื่อสารทางอากาศสู่อากาศโดยเฉลี่ย 5 ไมล์ (8.0 กม.) ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม^{[ 13 ]}ชุด TR9D รุ่นแรกๆ เหล่านี้ถูกแทนที่ด้วยชุด VHF ที่ใช้เสาอากาศแบบแส้ ขนาดเล็ก ซึ่งให้ระยะการสื่อสารประมาณ 50 ไมล์ (80 กม.) และหลายร้อยไมล์ในโหมดการสื่อสารทางอากาศสู่พื้นดิน

ในช่วงทศวรรษ 1930 การใช้ BTDF สำหรับการนำทางเครื่องบินระยะไกลเป็นเรื่องปกติ ตัวอย่างที่ดีของระบบดังกล่าวได้รับการติดตั้งครั้งแรกในออสเตรเลีย ในปี 1934 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ การแข่งขันบิน MacRobertson Air Raceระยะทาง 11,300 ไมล์ (18,200 กม.) สถานีสองแห่งที่ติดตั้งชุด BTDF ของ Marconi และเสาอากาศ Adcock ได้รับการติดตั้งที่Charlevilleและเมลเบิร์นความสำเร็จของระบบนี้ทำให้มีการเพิ่มสถานีเพิ่มเติมเพื่อสร้างเครือข่ายสถานี DF จำนวน 17 แห่งสำหรับการนำทางระยะไกล ภายในปี 1945 สถานีเหล่านี้ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยระบบ RDF ในเครื่องบินมากกว่าบนภาคพื้นดิน^{[ 14 ]}

ระบบ B–T ยังถูกใช้กันอย่างแพร่หลายโดยกองกำลังทหารเพื่อระบุตำแหน่งของสถานีวิทยุของศัตรู การดำเนินการนี้ต้องใช้เวลาพอสมควร โดยมักใช้เวลาหลายนาทีเพื่อให้ได้ตำแหน่ง ที่แม่นยำ จึงนำไปสู่การพัฒนาระบบต่างๆ เพื่อเร่งความเร็วในการออกอากาศข้อความ เพื่อทำให้การปฏิบัติการดังกล่าวทำได้ยากขึ้น ตัวอย่างเช่นระบบรหัส Kurzsignale ของกองทัพเรือเยอรมัน ซึ่งย่อข้อความให้เหลือรหัสสั้นๆ และ ระบบ เข้ารหัสแบบระเบิด อัตโนมัติเต็มรูปแบบ Kurierที่ส่ง Kurzsignale ได้ภายในเวลาเพียงครึ่งวินาที

ระบบเกียร์ Bellini–Tosi แบบใช้มือหมุนยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายเกือบตลอดช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ยกเว้นในกองทัพของสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา

ในสหรัฐอเมริกา ระบบที่พัฒนาขึ้นโดยห้องปฏิบัติการ ITT ของฝรั่งเศส ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ทีมงาน ITT หนีออกจากฝรั่งเศสเนื่องจากการรุกรานของเยอรมันและทำลายอุปกรณ์ของพวกเขาก่อนออกเดินทาง เมื่อไปถึงสหรัฐอเมริกา พวกเขาก็สามารถจำลองระบบดังกล่าวได้อย่างรวดเร็ว ระบบนี้ใช้มอเตอร์ในการหมุนเครื่องวัดมุมคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็ว รวมถึงส่งสัญญาณไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หมุนแกน X และ Y ของหลอดภาพรังสีแคโทด (CRT) ทำให้สัญญาณปรากฏเป็นรูปแบบบนหน้าจอ ซึ่งสามารถใช้กำหนดทิศทางการส่งสัญญาณได้เกือบจะในทันที

ในสหราชอาณาจักร ระบบ ค้นหาทิศทางความถี่สูง (HFDF หรือ " ฮัฟ-ดัฟ ") ได้เข้ามาแทนที่ระบบ BTDF อย่างแพร่หลายราวปี 1943 ระบบ HFDF ใช้เครื่องขยายสัญญาณแบบบาลานซ์ที่ต่อตรงเข้ากับจอ CRT เพื่อแสดงทิศทางจากสัญญาณขาเข้าได้ทันที โดยไม่จำเป็นต้องมีการเคลื่อนไหวทางกลใดๆ ทำให้สามารถจับและระบุตำแหน่งสัญญาณที่สั้นมากได้ แม้ว่าหลักการทำงานจะแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แต่จอแสดงผลก็มีความคล้ายคลึงกับระบบกลไกของสหรัฐฯ มาก ระบบ HFDF เป็นความลับที่ถูกเก็บรักษาไว้อย่างเข้มงวด และไม่เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายจนกระทั่งหลังสงครามสิ้นสุดลง

การแทนที่ระบบ BTDF ภาคพื้นดินในบทบาทการบินนั้นเกิดจากปัจจัยหลักสองประการ: ประการแรกคือการเปลี่ยนไปใช้ความยาวคลื่นที่สั้นลงเรื่อยๆ ซึ่งทำให้เสาอากาศที่ต้องการสั้นลงมากจนสามารถทำการค้นหาทิศทางด้วยเสาอากาศรับสัญญาณขนาดเล็กที่มีความยาวเพียงไม่กี่เซนติเมตรได้ เนื่องจากเทคนิคแบบวงแหวนหมุนแบบเก่าใช้งานได้จริงที่ความถี่เหล่านี้ เครื่องบินส่วนใหญ่จึงใช้เทคนิคนี้ ประการที่สองคือการนำระบบค้นหาทิศทางอัตโนมัติ (ADF) มาใช้ ซึ่งทำให้กระบวนการค้นหาทิศทางด้วยเรดาร์เป็นไปโดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์ เมื่อระบบ ADF ปรับจูนไปยังสถานีใดสถานีหนึ่งแล้ว ไม่ว่าจะเป็นสัญญาณบอกเส้นทางบินหรือ สถานี วิทยุ AMระบบจะเลื่อนตัวชี้เพื่อระบุทิศทางสัมพัทธ์อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ปฏิบัติงานเพิ่มเติม

ระบบ B–T และลูปหมุนชนิดต่างๆ ยังคงถูกใช้งานโดยพลเรือนในยุคหลังสงคราม มีการปรับปรุงระบบทั้งสองอย่างต่อเนื่องตลอดช่วงเวลานี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำโซลินอยด์มาใช้แทนลูปแบบดั้งเดิมในบางบทบาท อย่างไรก็ตาม การนำระบบหาทิศทางแบบดอปเปลอร์มาใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาประหยัดที่ใช้ในการพัฒนา ทำให้ระบบลูปแบบดั้งเดิมค่อยๆ หายไปในช่วงกลางทศวรรษ 1990 ระบบดอปเปลอร์ใช้เสาอากาศแบบคงที่ เช่นเดียวกับ BTDF แต่จัดการการหาทิศทางผ่านการประมวลผลสัญญาณเพียงอย่างเดียว

สัญญาณวิทยุประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องซึ่งจัดเรียงเป็นมุมฉาก เมื่อสนามแม่เหล็กผ่านวัตถุที่เป็นโลหะ มันจะทำให้อิเล็กตรอนในโลหะเริ่มเคลื่อนที่ไปพร้อมกับสัญญาณ ตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ผลกระทบนี้จะสูงสุดเมื่อวัตถุและสนามตั้งฉากกัน (หรืออีกนัยหนึ่ง อาจคิดว่าสนามไฟฟ้าอยู่ในแนวเดียวกับวัตถุ) แม้ว่าสัญญาณวิทยุจะแพร่กระจายไปในทิศทางใดก็ได้ แต่สำหรับสัญญาณที่พิจารณาในที่นี้ การแพร่กระจายจะลดทอนลงอย่างมากหากสนามแม่เหล็กไม่ตั้งฉากกับพื้น ด้วยเหตุนี้ เสาอากาศวิทยุทั้งผู้ส่งและผู้รับจึงมักจะเป็นแนวตั้ง^{[ 15 ]}สัญญาณดังกล่าวเรียกว่าสัญญาณโพลาไรซ์แนวตั้ง^{[ 8 ]}

เมื่อเสาอากาศ สองตัวหรือมากกว่านั้น ถูกวางไว้ใกล้กัน ความแตกต่างในตำแหน่งของเสาอากาศจะทำให้สัญญาณวิทยุที่ได้รับปรากฏเป็นความแตกต่างในเฟสตัวอย่างเช่น หากเสาอากาศทั้งสองอยู่ห่างกันครึ่งความยาวคลื่น สัญญาณที่เข้ามาตามแนวเส้นตรงระหว่างเสาอากาศทั้งสองจะมีเฟสตรงข้ามกันในเสาอากาศทั้งสอง ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำตรงข้ามกัน หากสัญญาณเข้ามาตั้งฉากกับเส้นตรง เฟสจะเหมือนกันและแรงดันไฟฟ้าจะเท่ากัน^{[ 16 ] [ 17 ]}

ถ้าปลายเสาอากาศต่อเข้าด้วยกัน แรงดันไฟฟ้าสุทธิจะเป็นศูนย์เมื่อเสาอากาศหันหน้าเข้าหาสัญญาณ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าในส่วนแนวตั้งทั้งสองจะตรงข้ามกัน เมื่อเสาอากาศหมุน ความแตกต่างเล็กน้อยของเฟส และแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสุทธิในวงจร และกระแสไฟฟ้าจะไหล ซึ่งจะมีค่าสูงสุดเมื่อเสาอากาศขนานกับตัวส่งสัญญาณ หากวัดเอาต์พุตที่ทุกมุมขณะที่เสาอากาศหมุนเทียบกับสัญญาณ จะได้รูปแบบการรับสัญญาณรูปเลขแปด โดยมีจุดศูนย์ที่ คมชัด และพื้นที่ขยายของสัญญาณสูงสุด^{[ 18 ] [ 19 ]}

เสาอากาศแบบวงแหวนใช้หลักการนี้ในรูปแบบที่สะดวกและแข็งแรงทางกล สำหรับสัญญาณโพลาไรซ์ในแนวตั้ง การรับสัญญาณที่ด้านบนและด้านล่างของวงแหวนนั้นต่ำมาก^{[ c ]}ดังนั้นจึงมีส่วนร่วมหรือผลกระทบต่อเอาต์พุตน้อยมาก ดังนั้นแม้ว่าเสาอากาศจะเป็นวงแหวนที่สมบูรณ์ แต่มีเพียงส่วนแนวตั้งเท่านั้นที่มีผลต่อการรับสัญญาณ และทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศแยกกันสองตัว ในการวัดทิศทางของเครื่องส่งสัญญาณ วงแหวนจะถูกหมุนรอบแกนแนวตั้งจนกว่าสัญญาณจะลดลงเหลือศูนย์ หรือเป็นศูนย์ซึ่งเป็นสัญญาณที่คมชัดกว่าค่าสูงสุดมาก^{[ 18 ] [ 2 ]}

ระบบ Bellini–Tosi ป้อนแรงดันเอาต์พุตของลูปหรือเสาอากาศ Adcockเข้าไปในขดลวดขนาดเล็ก ซึ่งก็คือขดลวดสนามแรงดันที่เปลี่ยนแปลงซึ่งเหนี่ยวนำโดยสัญญาณที่ได้รับทำให้ลวดแผ่สัญญาณเดียวกันออกมา^{[ 20 ]}แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วขดลวดจะมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นมาก และดังนั้นจึงมีปัจจัยเสาอากาศ ขนาดเล็ก การใช้ขดลวดหลายลูปในขดลวดจะช่วยปรับปรุงความแรงของสัญญาณโดยรวม พลังงานทั้งหมดที่แผ่ออกมาจากขดลวดนั้นน้อยกว่าที่ได้รับบนเสาอากาศ แต่จะกระจายพลังงานนี้ไปยังพื้นที่ทางกายภาพที่เล็กกว่ามาก ดังนั้นฟลักซ์อาจสูงกว่าสัญญาณดั้งเดิมมาก

ใช้เสาอากาศสองตัวและขดลวดสนามสองตัว โดยจัดวางให้ตั้งฉากกัน พื้นที่ระหว่างขดลวดสนามทั้งสองจะเต็มไปด้วยสัญญาณอนาล็อกของสัญญาณดั้งเดิมจากเสาอากาศขดลวดตรวจจับซึ่งเป็นเสาอากาศแบบวงแหวนอีกตัวหนึ่ง จะถูกวางไว้ในพื้นที่ระหว่างขดลวดสนาม การหมุนขดลวดตรวจจับในขดลวดสนามจะให้ผลลัพธ์เช่นเดียวกับการหมุนเสาอากาศแบบวงแหวนทั้งหมดในสนามเดิม^{[ 21 ]}

แม้การวางตำแหน่งที่ไม่ตรงกันเพียงเล็กน้อยของทั้งสองก็ทำให้เกิดอคติในเอาต์พุต ซึ่งเป็นค่าศูนย์เท็จ [ ^{22 ] เนื่องจาก}สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างเรดิโอโกนิโอมิเตอร์ จึงแก้ไขได้ง่ายเพียงแค่เลื่อนตัวชี้ โดยทั่วไปจะใช้แหวนสลิปหรือน็อต^{[ 23 ]}

ในความเป็นจริง สนามที่เกิดขึ้นในขดลวดไม่ได้เป็นแบบจำลองที่แน่นอนของต้นฉบับ มันจะเป็นเช่นนั้นหากขดลวดสนามประกอบด้วยลวดวงเดียว แต่เนื่องจากในความเป็นจริงแล้วประกอบด้วยขดลวดหลายวง จึงมีผลเหมือนโซลินอยด์ ขนาดเล็ก สนามที่เกิดขึ้นจึงมีความแรงสูงสุดที่ขอบของขดลวด และลดลง (ในอุดมคติ) เป็นศูนย์ที่ตรงกลาง^{[ 24 ]}

สิ่งนี้ทำให้สัญญาณเอาต์พุตเพิ่มขึ้นและลดลงรอบๆ บริเวณในขดลวด เนื่องจากระบบ B–T อาศัยการเปรียบเทียบปริมาตรของสัญญาณ จึงส่งผลให้เอาต์พุตไม่สม่ำเสมอ เพิ่มขึ้นและลดลงทุกๆ 45 องศา แปดครั้งรอบวงจรเต็ม ซึ่งเรียกว่าข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อหรือข้อผิดพลาดอ็อกแทนทัล^{[ 24 ]}

วิธีแก้ปัญหานี้คือการพันขดลวดตรวจจับเป็นสองคู่ โดยแต่ละคู่จะเยื้องออกจากเส้นศูนย์กลางไป 22.5 องศา ซึ่งจะทำให้ข้อผิดพลาดในขดลวดหนึ่งเป็นค่าตรงข้ามกับอีกขดลวดหนึ่ง ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่เป็นจริงตลอดทั้งวงกลม การแก้ไขจะไม่สมบูรณ์แบบเสมอไป ต้องมีการทดลองหาค่ามุมที่แม่นยำในเครื่องวัดมุมเรดิโอโกนิโอมิเตอร์ทุกเครื่อง^{[ 24 ]}

เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง สิ่งสำคัญคือต้องปรับสมดุลวงจรเสาอากาศทั้งสองอย่างระมัดระวัง เริ่มต้นด้วยเสาอากาศต้องเหมือนกัน โดยมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหมือนกันในสายไฟ และความยาวของสายนำไฟฟ้าต้องปรับให้เท่ากัน^{[ 21 ]}เนื่องจากเสาอากาศมีค่าความเหนี่ยวนำและค่าความจุเนื่องจากโครงสร้างทางกล จึงมักมีการใส่ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเพิ่มเติมเข้าไปในวงจรเพื่อให้เสาอากาศทั้งสองมีค่ารวมเท่ากัน^{[ 25 ]}เทคนิคทั่วไปในการปรับสมดุลวงจรแบบไดนามิกคือการป้อนสัญญาณเสียงเตือนภายนอกเข้าไปในอินพุตของเสาอากาศ จากนั้นปรับตัวเก็บประจุจนกว่าสัญญาณในทั้งสองจะเหมือนกัน^{[ 25 ]}

แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของสภาพอากาศ การจัดวางทางกายภาพ หรือแม้แต่การกระแทกตัวเครื่องที่มีตัวเก็บประจุแบบปรับได้ก็อาจทำให้การปรับจูนเปลี่ยนแปลงได้ ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้ระบบต่างๆ เพื่อลดความไวของเรดิโอโกนิโอมิเตอร์ต่อการปรับจูนผิดพลาด ระบบหลักๆ ในบรรดาระบบเหล่านี้คือแนวคิดเสาอากาศแบบไม่เป็นคาบ ซึ่งอธิบายถึงการจัดวางเชิงกลของสายไฟภายในของเรดิโอโกนิโอมิเตอร์ โดยการพันสายไฟของขดลวดตรวจจับรอบทรงกระบอกแนวตั้ง และการเดินสายขดลวดสนามในลักษณะเดียวกันให้ใกล้กับขดลวดตรวจจับมากที่สุด วงจรทั้งหมดจึงถูกเชื่อมต่อด้วยตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุแบบปรับได้ตัวเดียวที่เอาต์พุตจากขดลวดตรวจจับสามารถใช้ในการปรับจูนระบบทั้งหมดได้^{[ 26 ]}

ข้อเสียประการหนึ่งของระบบ DF ใดๆ ที่ใช้เสาอากาศแบบวงแหวนคือ เสาอากาศมีความไวเท่ากันทั้งด้านหน้าและด้านหลัง ดังนั้นจึงมีความกำกวม 180 องศาในการวัดเสมอ - เครื่องส่งสัญญาณอาจอยู่ด้านใดด้านหนึ่งของเสาอากาศก็ได้ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ระบบ DF หลายระบบจึงเพิ่มเสาอากาศเพิ่มเติม คือเสาอากาศตรวจจับ (ไม่เกี่ยวข้องกับขดลวดตรวจจับ) ^{[ 27 ]}

เสาอากาศรับสัญญาณโดยทั่วไปประกอบด้วยเสาอากาศแนวตั้งเดี่ยวที่วางอยู่ห่างจากลูปไขว้ในระยะหนึ่ง โดยอยู่ในแนวเดียวกับลูปใดลูปหนึ่งในสองลูป ในระยะทางประมาณเท่ากับระยะห่างระหว่างส่วนแนวตั้งทั้งสองของลูป สัญญาณเอาต์พุตของเสาอากาศรับสัญญาณจะถูกผสมกับลูปที่อยู่ในแนวเดียวกัน ผ่านสวิตช์ที่สามารถเปิดหรือปิดได้ เมื่อเปิดใช้งาน จะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ยับยั้งเอาต์พุตของส่วนด้านหลังของลูป ทำให้ส่วนด้านหน้าแข็งแรงขึ้น รูปแบบการรับสัญญาณที่ได้จะถูกปรับเปลี่ยนจากรูปเลข 8 เดิมเป็นรูปหัวใจ^{[ 28 ]}

นอกจากนี้ยังสามารถจำลองเสาอากาศรับสัญญาณได้โดยการต่อสายป้อนจากลูปที่ควรจะเชื่อมต่ออยู่ โดยปกติแล้วจะทำได้โดยการวางจุดต่อตรงกลางในตัวเหนี่ยวนำปรับจูน แล้วป้อนสัญญาณนั้นเข้าไปในวงจรราวกับว่ามาจากเสาอากาศอีกตัวหนึ่ง เนื่องจากจุดต่อตรงกลางทำให้สัญญาณจากส่วนแนวตั้งทั้งสองสมดุลกัน จึงสร้างสัญญาณที่คล้ายกับเสาอากาศแนวตั้งเดี่ยว^{[ 29 ]}เมื่อใช้กับขดลวดแบบไม่เป็นคาบ วงจรรับสัญญาณจะต้องต่อสายเข้ากับด้านรับสัญญาณพร้อมกับตัวเก็บประจุปรับจูน^{[ 30 ]}

คุณสมบัติเชิงทิศทางของเรดิโอโกนิโอมิเตอร์ทำงานได้ทั้งสองทิศทาง สามารถใช้เพื่อกำหนดทิศทางของสัญญาณขาเข้า หรือเปลี่ยนทิศทางของการส่งสัญญาณ ในระหว่างการทดลองในช่วงแรก ความสามารถนี้ถูกใช้เพื่อสร้างสัญญาณวิทยุที่กวาดไปทั่วท้องฟ้าเหมือน ลำแสง ของประภาคารทำให้เครื่องรับวิทยุทั่วไปสามารถกำหนดตำแหน่งของตนได้โดยการจับเวลาการผ่านของสัญญาณ วิธีแก้ปัญหาทั่วไปคือการออกอากาศสัญญาณเริ่มต้นเฉพาะ ซึ่งมักจะเป็นรหัสมอร์สเพื่อเริ่มการกวาด และค่อยๆ กวาดสัญญาณคงที่หลังจากนั้น ผู้ปฏิบัติงานจะจับเวลาจากจุดสิ้นสุดของสัญญาณเริ่มต้นไปจนถึงจุดสูงสุดในโทนเสียงต่อเนื่อง แล้วหารด้วยอัตราการหมุนเพื่อกำหนดมุม^{[ 10 ]}

ข้อดีของระบบ B–T ในแง่ของความเรียบง่ายทางกลไกนั้นโดยทั่วไปแล้วยากที่จะนำมาใช้ในบทบาทนี้เนื่องจากปริมาณพลังงานที่สามารถปรับจูนได้ตามปกติมีน้อย ระบบที่แข่งขันกันหลายระบบได้รับการพัฒนาขึ้นเช่นกัน รวมถึงเสาอากาศแบบรอบทิศทางที่มีตัวสะท้อนตาข่ายลวดแบบมอเตอร์ รวมถึงระบบ Telefunken ที่มีเสาอากาศไดโพลหลายตัวที่สลับเป็นระยะโดยตัวกระจายแบบมอเตอร์ขนาดใหญ่^{[ 31 ]}ในที่สุดระบบเหล่านี้ก็ไม่ได้รับความนิยมมากนัก และความสำเร็จของระบบ B–T และลูปเคลื่อนที่ขนาดเล็กที่เหมาะสมสำหรับความถี่สูงที่ใช้สำหรับการสื่อสารในเครื่องบินทำให้ระบบ DF สามารถติดตั้งบนยานพาหนะได้