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2.2、根据用途选购天线随着短波通信技术的发展，短波天线出现了很多不同用途的新品种，例如用于短波跳频的高效能宽带天线；用于为了解决天线架设场地小和多部电台共用一副天线的多馈多模天线等。

选择天线基本的着眼点应该是用途。

●近距离固定通信：选择地波天线或天波高仰角天线。

●点对点通信或方向性通信：选择天波方向性天线等。

●组网通信或全向通信：选择天波全向天线。

●车载通信或个人通信：选择小型鞭状天线。

2.3、不同环境下的天线选型2.3.1、固定站间（远／近距离通信）由于固定站间通讯方向是固定不变的，所以一般采用高增益，方向性强的短波天线。

通信距离在1000-3000公里，可使用高增益，低仰角对数周期天线（LP），但天线价格昂贵。

在实践中100W短波自适应电台配这种天线，可基本实现北京至昆明，乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。

如果通信质量要求不是太高也可使用价格相对便宜的天线如八木天线，长线天线，但长线天线需用天调。

距离在600公里以内时采用水平双极天线可取得较好效果，但水平双极天线占地较大，中心站电台较多不适合布天线阵。

2.3.2、固定站与移动站间通讯由于移动站在运动中，通讯方向不固定，所以中心站的天线应选用全向天线，例如，多膜短波宽带天线或配有天线调谐器的鞭状天线。

多膜天线虽然价格较贵，但是一个天线竿上可以绕三副天线（俩副高仰角天线，一副低仰角天线）远、近距离通信均可兼顾。

中心站也可用鞭状天线，鞭状天线的仰角低，近距（20-100公里）通信困难，远距离（500-3000公里）只要频率合适，通信效果较好。

移动站天线由于安装面的限制，多采用鞭状天线，国内有时采用栅网、双环、三环天线。

远距离通信时，鞭状天线竖直，近距离通信则可以放置为倒"L"型，这样使用增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率。

只要天线的发射角、电台的工作频率合适，可以克服短波盲区（30-80公里）的通信困难。

2.4、干扰环境下的天线选型电台干扰是指工作在当前工作频率附近的无线电台的干扰，其中包括敌方有意识的电子干扰。

由于短波通信的频带非常窄，而且现在短波用户越来越多，因此电台干扰就成为影响短波通信顺畅的主要干扰源。

特别对于军用通信系统，这种情况尤其严重。

电台的干扰与其他自然条件引起的干扰有很大的不同，它带有很大的随机性和不可预测性。

在敌方有意识的电子干扰情况下，采用高增益、方向性强的对数周期天线可取得一定的效果。

当然，克服干扰主要提高短波电台性能（发射功率、接收灵敏度等等）或者采用频率自适应、短波宽带跳频技术。

如果需要数传，调制解调器性能也非常关键，带有交织功能的串行体制短波高速调制解调器具有良好的抗干扰性能。

2.5、正确处理天线价格与质量的关系俗话讲一分钱一分货。

首先同种用途的天线有不同种类，其增益有高低之分。

此外同一种外形的天线，使用不同材料；不同制造工艺，其通信效果的差异是很大的。

例如以特种不锈铜钢复合绞线为振子的天线，比用塑包线为振子的天线高频电磁转换效率高得多。

又例如匹配器所用的磁性材料优劣，对电台与天线的匹配状态影响极大。

高性能磁料能够保证全频段每个频点都能良好匹配；劣质磁料可能造成很多频点甚至整段频率匹配不好，驻波比过大。

使用劣质天线，电台输出的功率可能只送出去不到三分之一甚至更少，通信效果可想而知。

在投资增加不多的前提下，尽量选用高质量高增益的天线，能够保证长期稳定和优良的通信效果和延长使用寿命，是很划算的。

2.6、介绍二种性能和价格兼优的基站天线根据多年的对比实验和实际使用经验，我们认为有两种进口天线在性能上能够广泛满足我国大多数用户的通信要求，而且价格不高，性能价格比好，以下分别介绍：2.6.1、用于全方位通信的三角组合型全向全角天线我国省级行政区，从省会到边缘地区的距离多数在1200公里以内。

在这个区域内组建全省或地区的通信网，中心基站选用这种天线是比较理想的。

这种天线既能照顾360°全方位，又能照顾近中远各种距离，接收效果好，对改善通信盲区特别有效，此外它能兼顾垂直极化波和水平极化波，对区域内各种台站的不同种类天线的兼容性好。

2.6.2、兼顾全向和定向两种用途的高增益三线式宽带天线三线式宽带天线是国际上近年流行的新型多用途天线，它虽然属于偶极天线类，但其性能是普通双极天线无法相比的。

具有结构简单，架设方便，不用天调，不接地线，频率范围宽等优点。

三线宽带天线的两极由三条平行振子组成，工作频段2～30MHz。

与普通双极宽带天线相比，三线天线具有以下显著优势：①．三线天线有3～5dbi的相对增益，而且在全频段基本上保持2：1以下的优异驻波比，而普通宽带天线在很多频率上的驻波比超过2.5：1，因此三线天线的辐射效率明显高于普通宽带双极天线。