短波通信中基站天線的選擇和架設(shè)分析*

牛吉凌，羅 宇，趙 楊，金小艷

（中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引 言

1 短波天線的分類

短波通信基于建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用相對較低﹑無須中繼﹑抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)成為世界各國中﹑遠(yuǎn)程通信的重要通信方式和保底通信手段。

在實(shí)際使用中，影響短波通信效果的因素有很多，如自然環(huán)境等，而短波天線是人類可控的重要影響因素之一[1]。當(dāng)通信質(zhì)量不好時(shí)，很多人習(xí)慣于從電臺(tái)找原因，往往忽視了與之相關(guān)的天線。本文將從短波基站天線的類型﹑選擇和架設(shè)等方面，進(jìn)行詳細(xì)分析。

從短波傳播方式出發(fā)，短波天線可以分為地波天線和天波天線。地波天線以地波形式發(fā)射的電磁波是全方向的，主要有鞭狀天線﹑T型天線等。圖1為鞭狀天線示例。地波天線適用于近距離通信。地波天線的通信質(zhì)量主要取決于天線架設(shè)高度和地網(wǎng)品質(zhì)。天線架設(shè)得越高，地網(wǎng)品質(zhì)越好[2]，天線的發(fā)射效率越高，通信質(zhì)量越好。地波天線的最佳架設(shè)高度是波長的一半，此時(shí)發(fā)射效率最高。

圖1 鞭狀天線

天波天線以天波形式發(fā)射電磁波，包括定向型和全向型兩種。全向型天波天線主要有倒V天線（如圖2所示）﹑角籠型天線等。定向型天波天線主要有雙極天線﹑對數(shù)周期天線等。定向型天波天線以一個(gè)方向或兩個(gè)方向發(fā)射電磁波，用架設(shè)高度控制發(fā)射仰角。全向型天波天線全方位發(fā)射電磁波，以架設(shè)高度和斜度控制發(fā)射仰角[3]。

圖2 倒V天線

2 短波天線的合理選擇

合理﹑正確地選擇短波天線，對通信效果具有關(guān)鍵作用。一般考慮4個(gè)方面的因素來決定使用何種天線。

（1）通信對象的特點(diǎn)。固定站與固定站之間進(jìn)行通信時(shí)，選用定向﹑高增益的短波天線，如雙極天線。固定站與移動(dòng)站之間進(jìn)行通信時(shí)，由于移動(dòng)站處于運(yùn)動(dòng)中，通信方向不固定，所以中心站的天線應(yīng)選用全向地波天線，如配有天線調(diào)諧器的鞭狀天線。

（2）用途。近距離固定通信時(shí)，一般選擇地波天線或者天波高仰角天線；點(diǎn)對點(diǎn)通信或者方向性通信時(shí)，一般選擇天波方向性天線；車載通信或個(gè)人通信時(shí)，一般選擇小型鞭狀天線，便于安裝架設(shè)。

（3）天線的架設(shè)條件。場地較為空曠時(shí)，可按用途選擇合理的天線類型。車載通信時(shí)，車的體積小，不可能使用長天線，所以必須從合理選擇天線形態(tài)和架設(shè)位置等方面來考慮，盡量利用車身的反射。船載通信與車載通信相比困難小，一是因?yàn)榇w長，便于架設(shè)天﹑地波兼顧的斜天線，二是海面地波傳得遠(yuǎn)，船離基地岸站的距離也較遠(yuǎn)，不易處在通信盲區(qū)。但是，船載天線要求抗風(fēng)強(qiáng)度高﹑抗腐蝕能力強(qiáng)。

（4）干擾影響。如果存在干擾因素，則在選擇天線時(shí)建議采用高增益﹑方向性強(qiáng)的對數(shù)周期天線。較常發(fā)生的干擾是電臺(tái)干擾，指工作在當(dāng)前工作頻率附近的無線電臺(tái)的干擾，包括敵方有意識(shí)的電子干擾。

3 基站短波天線的架設(shè)

基站短波天線架設(shè)的好壞，直接影響通信效果。架設(shè)時(shí)主要要考慮影響因素﹑通信方向﹑場地的選擇﹑防雷措施等方面。

3.1 主要影響因素3.1.1 遮擋

在天線的周圍如果存在遮擋物，會(huì)對通信效果造成較大影響。不同高度的遮擋物，可以描述為兩個(gè)重要要素：與天線的距離和仰角大小。具體的影響程度可以參照表1。

表1 不同遮擋物的影響程度

在設(shè)計(jì)短波天線場時(shí)，通常要求在一個(gè)波長范圍內(nèi)無遮擋物，而一個(gè)波長范圍外的遮擋物對天線的仰角要小于10°。

一般情況下，短波通信經(jīng)常使用的頻率集中在3～18 MHz。以3 MHz為例，可以計(jì)算出在該頻率時(shí)對應(yīng)的波長大小：

3.1.2 高、低壓線

高壓架空輸電線路的無線電干擾可分為有源干擾和無緣干擾兩類。

（1）有源干擾（即線路在送電狀態(tài)）主要集中在中﹑短波段，由導(dǎo)線的電暈產(chǎn)生。它對無線電的干擾主要來自絕緣子表面的放電和絕緣子﹑金具串接不良產(chǎn)生的火花放電。電暈干擾的脈沖重復(fù)率高（即持續(xù)時(shí)間長），火花干擾的脈沖重復(fù)率低。有源干擾場強(qiáng)隨頻率的增加而迅速減小，20 MHz以上就比較弱了。對高壓電線的有源干擾，主要集中在中﹑短波段。

（2）無緣干擾（線路不送電的情況下）主要由送電線路鐵塔的二次輻射產(chǎn)生，與被影響信號的頻率﹑相對位置等因素相關(guān)。對于高壓電線的無緣干擾，主要是用戶在輸電線路鐵塔附近使用時(shí)，在接收信號的同時(shí)，也會(huì)接收到經(jīng)鐵塔發(fā)射過來的多徑信號，從而造成影響。

所以，為避免高﹑低壓線對短波通信的影響，一般短波天線與輸電線的間隔都應(yīng)盡量大于200 m。

3.2 通信方向考慮

天線的架設(shè)一定要滿足通信方向的要求。下面通過對短波中使用最頻繁的三類天線的分析，來說明如何考慮通信方向。

3.2.1 鞭狀短波天線

鞭狀天線是全向天線，架設(shè)時(shí)沒有太多方向要求，但必須保證在主通信方向上沒有遮擋物。圖3為鞭狀短波天線的方向性示例。

圖3 鞭狀短波天線的方向性示例

3.2.2 倒V短波天線

倒V架設(shè)是三線式短波天線的一種架設(shè)方式，可以近似認(rèn)為是全向天線，垂直于天線振子所在平面的方向上的傳輸能力略強(qiáng)于其他方向。圖4為倒V天線的俯視圖。

圖4 倒V天線（俯視圖）

圖5﹑圖6分別為倒V天線在不同仰角時(shí)的方向性示意圖，可以更加直觀觀察出倒V天線的方向性。

圖5 倒V天線在不同仰角時(shí)的方向性示意（8 MHz頻率）

圖6 倒V天線在不同仰角時(shí)的方向性示意（16 MHz頻率）

3.2.3 半環(huán)天線

半環(huán)天線具有較強(qiáng)的方向性，使用時(shí)必須注意主通信方向應(yīng)垂直于半環(huán)天線所在的平面[4]，如圖7所示。

圖7 半環(huán)天線主通信方向

3.3 架設(shè)場地和饋線選擇

天線的架設(shè)位置以開闊的地面為好，沒有條件時(shí)也可以架在樓頂。天線高度指天線發(fā)射體與地面或樓頂?shù)南鄬Ω叨取＜茉跇琼敃r(shí)，高度應(yīng)以樓頂與天線發(fā)射體之間的距離計(jì)算，不是按樓頂與地面的高度計(jì)算。

電臺(tái)使用射頻線纜與短波天線進(jìn)行連接。選用射頻線纜時(shí)應(yīng)注意兩項(xiàng)指標(biāo)：一是阻抗，一般為標(biāo)準(zhǔn)的50 Ω；二是最高使用頻率的衰耗值要小。一般情況下，射頻電纜直徑越粗，衰減越小，傳輸功率容量越大。實(shí)際使用中，100 W級的短波電臺(tái)，可選用SYV-50-5或SYV-50-7的射頻電纜。天線在進(jìn)行安裝選位和布設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量縮短饋線長度，通常要求饋線長度控制在30 m以內(nèi)。如果因?yàn)閳龅貤l件限制必須延長饋線，則應(yīng)采用更大直徑﹑低損耗電纜。另外，布設(shè)電纜應(yīng)盡量減少彎曲。如果必須歪曲，則彎曲后的角度不得小于120°。

3.4 防雷和天線地網(wǎng)

3.4.1 防雷

天線場的建設(shè)在短波通信工程建設(shè)中占有非常重要的地位，而天線場的防雷措施是否完善，直接關(guān)系到天線能否正常﹑安全地工作。天線場的天饋線桿塔﹑高頻饋電線都有遭受雷電襲擊的可能。

雷電放電是通過多種渠道進(jìn)入天饋線或設(shè)備的，其對天饋線或設(shè)備產(chǎn)生危害的形式也是多樣的。GB50057-94規(guī)定，建筑物防雷分為3類，Ⅰ類最高。天線場的防雷措施一般參照Ⅱ類防雷保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

防雷系統(tǒng)一般由避雷針﹑接地線和接地體三部分組成。

（1）接。避雷針將一定范圍的雷電接到自己身上來。采用國際電工委員會(huì)（IEC）推薦的滾球法，取45 m滾球半徑，計(jì)算天線場避雷針的保護(hù)范圍。

（2）傳。正常情況下，接地線不載流；雷擊時(shí)，接地線將雷電傳送到接地裝置，所以要求接地線有足夠大的截面積和最短途徑，一般采用寬銅帶線。

（3）送。接地體是埋設(shè)在地中直接與大地接觸做散流的金屬導(dǎo)體。接地系統(tǒng)的關(guān)鍵是埋在地下的接地裝置。接地裝置的復(fù)雜程度主要取決于土壤的性質(zhì)，這是特別重要的一環(huán)，也是最花錢﹑最費(fèi)工時(shí)和材料的一環(huán)。

3.4.2 天線地網(wǎng)

鋪設(shè)地網(wǎng)是行之有效減小地電阻和提高天線輻射效率的好辦法。因?yàn)榱己玫牡鼐W(wǎng)能為天線的電流回路中的地電流回路提供一個(gè)良好的通路，從而有效提高天線的輻射效率。

4 結(jié) 語

短波電臺(tái)在海警執(zhí)勤﹑部隊(duì)通信保障等使用中具有非常重要的作用。盡管短波通信從理論到實(shí)際應(yīng)用復(fù)雜多變，但只要熟悉天線的使用﹑安裝﹑架設(shè)規(guī)律，再配合電臺(tái)的正確使用和對短波通信規(guī)律的掌握，就能把通信保障提高到更高水平。

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