一种可实现无盲区通信的短波车载天线

二 、短 波 天 线 辐 射 机 理
无 线 电发射 机输 出的射 频 信 号功 率 ，通过 馈 线 （ 电缆 ） 输 送 到 天线 ，由天线 以 电磁 波 形 式辐 射 出去 。电磁波 到 达 接 收 地 点 后 ， 由天 线 接 收 下 来 （ 仅 接 收 很 小 很 小 一 部 分 功 仅 率） ，并通 过馈线 送 到无线 电 接收机 。可见 ，天线 是 发射 和接 收 电磁 波 的一个 重要 的无线 电 设备 ，没 有天线 也就 没有 无线 电通 信 。
值 ，超过时 ，发射机将 自 我保护 ，所 以驻波 比是衡量天线的重要指标之一。 ２ 传 输线 ． 天线是由传输线演变而来的 ，传输线顾名思义，一般来说是 一种传输信号 的工具或载 体。在传输线理论 中，传输线有两种形式 的工作状态 ，传输线如其终端与负载 电阻完全匹 配 ，传输能量全部被负载吸收，没有能量反射 ，此时传输线上只有人射波 ，没有反射波 ，传 输线处于行波状态。这是传输线作 为传输工具所极力追求 的状态 。这时传输线上电压、电 流、特性阻抗处处相等且等于其输人阻抗 ，即传输线的特性阻抗等于其输人 、输出阻抗 ，此 时传输线 的传输效率达到最高值 。
描述了一个天线把输人功率集 中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图 主瓣越窄 ，副瓣越小 ，增益越高 。
阻抗 和驻 波 比 （ Ｓ Ｖ ＷＲ） ：天线 的输 入 阻抗 是 将 天线 看 作 一 个 网络 的输 入 阻抗 。天线 系 统 的输人 阻抗 直接 影 响天线 发射 效 率 。当驻 波 比 Ｖ ＷＲ为 ｌ ｌ时没 有 反 射 波 ，电压 反 射 比 Ｓ ： 为ｌ 。当 Ｖ ＷＲ大于 ｌ时 ，反 射 功 率 也 随 之增 加 。发 射 机 对 天 线 的驻 波 比有 一 个 最 大 允许 Ｓ
分类 ，可 分为线 状 天线 、面状 天线 等 。
１ 衡量 天线性 能 的因素 ．
天线是无线通信系统最基本的组成部分，决定了通信系统 的特性。不同的天线有不同的
辐 射类 型 、极化方 向 、增益 以及 阻抗 等性 能 。 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
在 很 长一段 时期 中 ，短 波 通信一 直是 一种 重要 的通 信手 段 ，特别 是实 现远 Байду номын сангаас离 通信 的主 要 手段 。与卫 星通信 及有线 通 信相 比 ，短波 通 信介 质 的 电离 层 不 易遭 受 人 为 破坏 。在 我 国 ，
短波通信网是战略通信网之一 ，是战时作战指挥通信 中的 “ 杀手锏” 之一 ，是和平 时期 防 暴乱 、 抢险救灾的应急通信手段。
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增 益 ｔ天线 的增 益是 天线 的基 本属 性 ，可 以衡 量天线 的优劣 。天线 的增 益是相 对无方 向 性 天线 而 言的 ，通常 用 ｄ Ｂ表 示 ，天线 的增 益参 数 便 于天 线 之 间进 行 相互 比较 。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。增益定量地
术 的提高 ，发展很快 ，实现了数字化 、固态化 、小型化 ， 但天线技术 的发展却较为滞后 。 短波 电 台通过车 载移 动 台解 决 了 “ 中通 ” 的问题 ，但 是 ，因 为 国内技 术 方 面的 限制 ， 动 尤其是在车载短波天线上的选用上还存在缺陷 ， 使得现有的短波通信体制中普遍存在着不能 克服 短 波通信 盲 区 、不 能彻底 解决 “ 中通 ” “ 动 、 山地 通 ” 的问 题 。而 且在 现 有 短波 跳 频 电 台中，普遍存在着进人跳频工作模式后 ，通信距离缩短的问题 ；而且只能实现窄带跳频 ，大 大降低 了跳 频 电台的通 信 和抗 干 扰 能力 。 因此车载通信一直都是短波通 信中的一个难题。受到汽 车体积 的限制 ，没办法架长天 线 ，其辐射能力就比不上固定台。因此必须从合理设计天线形态和合理选择架设位置等方面 来弥补 ， 尽可能利用车体的反射效应 ， 尽可能增加天线 的 “ 电长度” 。车载天线有多种 ，目 前较 多地 采用环 形天线 、鞭状 天线 来实 现 车载短 波移 动通 信 。
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种可实现无 盲 区通信 的短波车载天线
周文伟 ’
摘 要
本 文对短 波通 信 盲 区和 短 波车载 通信使 用的 天线 的原理 进行 了分析 ，重点介 绍 了一种 可 实现短 波无 盲 区通 信 的短 波车 栽天线 的原 理 。
关 键词 ：短 波 天线 短波 通信 盲 区
高 ，电波第一 跳 落 地 的距 离 越 短 ，如 果 人 射 仰 角 是 垂 直 的 （ｏ ） 盲 区越 少 ，当 仰 角 接 近 ９。 ９ 。 ，盲 区基本 上就 不存 在 了。 Ｏ时
３ 短 波车载 通信存 在 的 问题 ．
短 波通信 是指 利用 波长 １０一ｌ ，频率 为 ３— ０ ｚ的 电磁波 进 行 的无 线 电通 信 。短 ０ Ｏ米 ３ ＭＨ 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 当中，因此 ， 其通信质 量 ，不如其 它通 信方式 如卫 星 、微 波 、光纤 好 。短波通 信 系统 的效果 好坏 ，主要取 决 于所使 用 电台性 能 的好 坏 和天线 的带 宽 、增益 、驻 波 比、方 向性 等 因素 。近 年 来短 波 电台随着 新技
方 向型 。
极化 方 向 ：极化 方 向定 义 了天线 最 大辐 射 方 向 ，是 指 电 场矢 量 在 空 间 位 置 给定 的情 况 下 ，电场矢 量 的矢 端轨 迹 。垂 直或 单 极性 天线 （ 鞭天 线 ） 具有 垂 直 极 化 方 向 ，水 平 天线 具
有水 平极化 方 向 。
Ｓ ｏ ｔｗａ ｅ Ｖｅ ｉｌ ｔ ｎ ａ ｆ ｒ Ｂｌ ｄ ａ ｅ ．ｒ ｅ Ｃｏ ｈ ｒ － ｖ ｈ ｃｅ Ａｎ ｅ ｎ ｏ ｉ ． ｒ ａ ｆｅ ｍｍ ｕ ｉ ａ ｉｎ ｎ ｎｃ ｔ ｏ
Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｌ ｄ ａ ｅ ｄ ｏ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ａ ｔｎ ａ ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ｒｓ ｎ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｔ ｒｎ ｉｌ ｆ ｂ ｉ ｒ ａ ａ ｎ ｅ ｉ ｌ ｅ ｎ ｎ ｔ ｈ ｎ ｎ ｎ ｓ ｏ ｔｗ ｖ ｏ ｈ ｒ－ ａ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｗ ｔ ｍｐ ａ ｉ ｐ ｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｉ ｃ ｐ ｅｏ ｅ ｓ ｏ ｔｗ ｖ ｅ ｉ ｌ ｎ ｎ ｃ ｔ ｉ ｅ ｈ ｓｓ ｕ ｒ ｉ ｌ ｆ ｈ ｒ－ ａ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ａ － ｏ ｈ ｏ ｈ ｎ ｈ ｔ ｔｎ ａ ｆｒ ｃ ｍ ｕ ｉ ａｉｎ ｉ ｌ ｄ ａ ｅ ． ｅ ｎ ｏ ｏ ｎ ｃ ｔ ｎ ｂ ｉ ｒ ａ ｏ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｏ ｔ ｖ ｎ ｅ ａ ｂ ｉ ｄ ａ ｅ ｈ ｒ－ ａ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｈ ｒ－ ｅ ａ ｔｎ ｌ ｒ ａ ｉ ｓ ｏ ｔｗ ｖ ｏ ｗａ ｎ ｎ ｎｃ ｔ ｏ
２ 短 波通信 盲 区 ．
短波通信主要是通过天波和地波两种传输途径来实现短波信号 的远距离传输。一般来 说 ，使 用 常见 的短波 天 线 ，地 波 最 远 可 达 ２ ０—３ ０公 里 。而 天 波从 电 离层 第 一 次 反 射 落 地
（ 一跳 ） 的最 短距离 约 为 １０公 里 。可 见 ２ 第 ０ ０至 １０公 里 之 间这 一 段 ，地 波 和 天 波 都够 不 ０ 到 ，形成 了短波通 信 的 “ 区” 盲 。
作 者 系熊 猫 军 通 二 部 工 程 师
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盲区内的通信大多是 比较困难 的。解决盲区通信主要有两个方法 ：一是加大电台功率以 延长地波传播距离 ；二是选用高仰角天线 ，这也是常用的有效方法。仰角是指天线辐射波辨 与地面之间的夹角。通过抬高地面对电离层的人射仰角来缩短天波反射的落地距离。仰角越
天线品种繁多 ，以供不同频率 、不同用途 、不同场合 、不 同要求等不同情况下使用 。各 种 天线 按用途 分类 ，可 分 为通信 天线 、电视 天线 、雷 达 天线 等 ；按工作 频 段分 类 ，可分 为短 波天线 、超短波 天线 、微波 天线 等 ；按 方 向性 分 类 ，可 分 为全 向天线 、定 向天线等 ；按 外形
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（ ）仍然存在通信盲区 （ ０ １０公里） ４ ６ —５ 。
２ 单 鞭天 线的 特点 ．
鞭状天线是 目前车载短波天线中使用较为广泛的一种 ，单鞭天线为其 中的一种 ，单鞭天 线 具 有 以下 特点 ： （ ）天线高度较高 （ｍ以上 ） １ ３ ； （ ）天线辐射效率较低 （０ ４ ％） ２ ２～０ ； （ ） 工作频 带 内驻 波 系数较 大 （ 型约 为 ２ ； ３ 典 ） （ ）近距离通信存在 “ ４ 盲区”（ 约为 ４ １０ ０～ ２ 公里）
３ 驻 波 天线 ．
传输线 的特点就是天线的特点 ，驻波天线输人阻抗的带宽是窄带的 ，而且方向图是单或
双波 瓣 的 。驻 波天线 的特点 ：输 人 阻抗是 工作 频率 的 函数 。
４ 行 波天线 ．
对 行波 天线 而言 ，由天线理 论 可知 ，输 人 阻抗 不 仅是 宽 带 的 ，而且 方 向 图是 多 波瓣 的 ；
如传输线终端阻抗不匹配 ，部分能量反射回来 ，形成了反射波 ，由于人射波与反射波的
相互叠加、相互作用 ，在某处同相相加形成 了驻波 电压的波峰 （ 最大值 ） ，两者在某处反相 相减形成了驻波电压的波节 （ 最小值） 。此时传输线上 的 ｕ 不再处处相等 ，因而特性阻 ，Ｉ 抗也不再处处相等 ， 也不等于其输人阻抗 ，此时传输线处于驻波状态。
３ 弯 曲鞭天线 的 特点 ．
由于单鞭天线的效率较低 ，技术人员在单鞭天线的基础上进行 了改进 ，成为一种弯曲方 向可调的天线 ． 该种天线 目前在 国外军方得到广泛的使用 ，该种天线是传统鞭天线的改进 型 ，将辐射体螺旋 ，增加了辐射体 的有效长度；朝后弯 曲后 ，可利用车顶和地面作为反射镜 面，改善了天线的方向图，增加 了高仰角辐射分量 ，基本可 以解决 “ 通信盲区” ；另外远距 离通信时多用直立形态，这时可 以利用地面 以下 部分 的 “ 镜像天线” 效应 ，使天线鞭的电 长度 比实际架高增加将近一倍 ，改善了远距离通信的效果 ，但仍然存在一定的问题 。 （ ）该天线虽然人 为地改变 了天线的方向图指 向，但是仍 然存在 一定 的 “ １ 通信盲 区”
行波的特点 ：输人阻抗与工作频率无关 ，宽带的，终端的负载吸收能量 ，效率不高。
三 、常用短波车载天线 特性分析
为解决短波 “ 动中通” 问题 ， 目 在短波通信车采用过 多种天线 ，如环形 天线 、鞭状 前 天线等 ，这几种天线各有特点 ，其使用在一定程度上实现车载短波移动通信 ，但 由于天线的 使 用始 终存 在一 定 的问题 ，短波 车 载 天线 的选用 一直 困扰 车载 短波 移动 通 信 的技 术人 员 。
短波移动通信存在 的问题
１ 短波通 信概 述 ．
短波 通信 是历史 最 为久 远 的无 线 电通 信 。短 波通 信设 备简 单 、机动 灵活 、成本 低廉 ，可 用 较小 的发射 功率 直接进 行 远距离 通 信 。因此在 军事 通 信 中 ，具有 比其 它 手段更 高 的灵 活 性
和经济 性 。
１ 环形天 线 的特点 ．
早期使用的车载环形天线是一种传统圆环天线的改进型 ，可工作在开环或闭环状态 ，具
有 以下 特点 ： （ ） 天 线辐 射效 率较低 （ ２ ％ ） １ ８— ０ ；
（ ）天线体积庞大，不利于通信车的小型化 ； ２ （ ） 天线 的阻抗 特性 变化 剧 烈 ，天调 匹配较 为 困难 ，造成 实际 通信效 果 不太理 想 ； ３