短波天线的选型与安装要求-20110215A

短波天线的选型与安装要求

（技术初稿，设计要求为主，方案为副）

一、短波天线简介

天线在通信链路中起能量转换作用（能量转换器）。发射天线是将高频电能转换成为电磁波的装置；接收天线则是将电磁波转换成高频电能的装置，因而天线在无线电通信中占有极其重要的地位。天线质量如何，对保证通信质量的好坏起着重要的作用。

1.1、短波天线分类

短波天线分地波天线和天波天线两大类，地波天线包括鞭状天线、倒L形天线、T形天线等。这类天线发射出的电磁波是全方向的，并且主要以地波的形式向四周传播，故称全向地波天线，常用于近距离通信。典型地波天线和波瓣分布如图1和图2所示。地波天线的效率主要看天线的高度和地网的质量。天线越高、地网质量越好，发射效率越高，当天线高度达到1/2 波长时，发射效率最高。

图1、典型地波(T形)天线结构示意图

图2、典型地波天线垂直波瓣分布图

天波天线主要以天波形式发射电磁波，分为定向天线和全向天线两类。典型的定向天波天线有：双极天线、双极笼形天线、对数周期天线、菱形天线等，它们以一个方向或两个相反方向发射电磁波，用天线的架设高度来控制发射仰角，其典型波瓣分布如图3、图4和图5所示。典型的全向天波天线有：角笼形天线、倒V形天线等。它们是以全方向发射电磁波，用天线的高度或斜度来控制发射仰角。

图3、典型天波天线（双极天线）结构示意图

图4、典型天波天线水平波瓣分布图

图5、典型天波天线垂直波瓣分布图天波天线简单的规律为：天线水平振子（一臂的）长度达到1/2波长时，水平波瓣主方向的效率最高；天线高度越高，发射仰角越低，通信距离越远；反之，天线高度越低，发射仰角越高，通信距离越近；天线高度与波长之比（H/λ）达到二分之一时，垂直波瓣主方向的效率最高。1.2、衡量天线性能因素

天线是无线通信系统最基本部件，决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。

A.辐射类型：决定了辐射能量的分配，是天线所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。

B.极性：极性定义了天线最大辐射方向电气矢量的方向。垂直或单极性天线（鞭天线）具有垂直极性，水平天线具有水平极性。

C.增益：天线的增益是天线的基本属性，可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值，通常使用半波双极天线作为参考天线，其它类型天线最大方向上的辐射强度可以与参考天线进行比较，得出天线增益。一般高增益天线的带宽较窄。

D.阻抗和驻波比（VSWR）：天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。当驻波比（VSWR）1:1时没有反射波，电压反射比为1。当VSWR大于1时，反射功率也随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如：VSWR为2:1时意味着，反射功率消耗总发射功率的11%，信号损失0.5dB。VSWR为1.5:1时，损失4%功率，信号降低0.18dB。

方向性天线、简单的双极天线适用于短距离通信，但短波远距离通信信号微弱，甚至被各种噪音淹没时，天线就需要选择比双极天线增益更高的天线。理想方向性天线在工作方向上具有很高增益而无用方向上增益为0。

1.3、几种常用的短波天线

A)八木天线（Yagi Antenna）八木天线在短波通信中通常用于大于6MHz以上频段，八

木天线在理想情况下增益可达到19dB，八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设

安装在铁塔上具有很强的方向性。在一个铁塔上可同时架设几个八木天线，八木天线

的主要优点是价格便宜。

B)对数周期天线（Log Periodic Antenna）对数周期天线价格昂贵，但可以使用在多种频

率和仰角上。对数周期天线适合于中、短波通信，利用天波信号，效率高，接近于发射

期望值。与其它高增益天线相比，对数周期天线方向性更强，对无用方向信号的衰减更

大。

C)长线天线（Long –Wire Antennas）长线天线优点是结构简单，价格低，增益适中。与

八木天线和对极周期天线比，长线天线长度方向性和增益低。但其优势在于，由于其增

益与线长度有关，用户可以找到最佳接收线的长度和角度。通过比较信号波长，计算出

线的长度，非常适合于远距离通信。当线长4倍波长在仰角为25度时与双极天线比增益

高3dB，当线长8倍于波长时，增益高6dB，仰角下降到18度。

D)车载移动天线（Mobile Antennas）移动天线一般工作在2.0～25MHz频段上，为垂直极

性天线，性能与机械特性有关，天线长度较短，在低仰角工作时，发射效率适中。在通

常情况下，车载天线仰角应大于45度，因为天线长度较短，是低效天线。在汽车上，机

械特性限制了天线的选择，但天线可以放置为倒"L"型，这样增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率，倒"L"天线适宜用于中短波通信。

二、短波天线的选型

短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化中。因此，短波通信系统的性能好坏，除了取决于所使用电台性能因素，选用性能卓越的天线并正确架设，对于改善通信效果极为重要。短波通信网的建立首先要考虑天线的因素，影响通信效果的天线主要参数主

要有以下几个方面：

A.天线的辐射效率要尽可能高，以提高接收信号强度。

B.网内天线极化方式尽可能一致。

C.尽可能地选用宽频段天线，以保证短波频段内大部分频点均可用。

D.天线应尽可能地克服盲区。一般认为采用传统的鞭状天线和双极天线，短波通信的“盲

区”范围在80-200公里的范围内，而一个省内短波通信的距离一般在几十公里到几百公里之间，如果采用传统天线，则很多地区均在“盲区”范围之内，通信效果必然很差。

解决方案有两种：一是增大发射功率，但这种方式效果有限，二是采用近垂直射波高射天线（NVIS），该方法通过增大天线最大辐射方向的仰角以消除盲区，实践证明在几百公里的范围内通信效果良好。

E.移动电台在行进中尽可能地选用全向天线，同时配备便携式长线天线，以在特殊情况下

实现远距离通信。而固定台根据情况可选用全向天线或定向天线，如中心站可采用全向天线，有条件时可采用多副定向天线分别担负不同方向的通信任务。

2.1、短波通信天线类型选择的基本原则