短波近距離通信天線選型以及實(shí)際通信距離測試的研究

霍 甲，劉 蓉

（國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037）

1 短波通信常用天線

短波通信天線[1]常見的有八木天線、對數(shù)周期天線、長線天線、倒V形天線、正V形天線、鞭狀天線、環(huán)狀天線以及短波多模多饋天線等。除八木天線、對數(shù)周期天線以外，其他天線都具備全向性接收和發(fā)射功能，它們根據(jù)自身的特點(diǎn)，在固定通信、移動通信[2]、短波廣播以及應(yīng)急通信方面都有著各自的應(yīng)用場景。

2 短波通信天線參數(shù)考慮

短波通信天線在不同距離通信時，應(yīng)該在選型時考慮以下幾個重要參數(shù)[3]。

（1）天線的有效長度：天線輸出到接收機(jī)輸入端的電動勢與被接收的電場強(qiáng)度之比為接收天線的有效長度，并且等于它作為發(fā)射天線時的有效高度。在選擇通信天線和進(jìn)行天線設(shè)計(jì)時要充分考慮基本要求。

（2）天線工作頻帶寬度：短波通聯(lián)天線滿足工作頻率范圍和工作頻帶寬度要求（3～30 MHz）。

（3）天線增益：基于良好定向性天線和全向性天線，天線滿足增益要求。基于良好的天饋匹配，滿足天線電壓駐波比。天線電壓駐波比是天線主要技術(shù)指標(biāo)之一，其良好的電壓駐波比，減少信號幅度損失，提高天線的工作效率，電壓駐波比＜2.5。

（4）輸入阻抗：把輸入到天線的功率看成被一個等效阻抗所“吸收”的功率，而此阻抗中所通過的電流就等于輸入點(diǎn)電流，如果阻抗不滿足要求，輸出的功率下降1/3左右。

（5）天線設(shè)計(jì)高度：基于短波通信的距離、接收或發(fā)射時的仰角等因素，根據(jù)通信距離，天線設(shè)計(jì)高度需要滿足基本要求，通常天線架設(shè)高度不一樣，天線架設(shè)最高為25 m，最低為6 m。在通信中要充分考慮天線的設(shè)計(jì)架設(shè)高度，滿足通信的物理要求。

（6）減少射頻電纜傳輸損耗：天線饋源至收發(fā)終端設(shè)備的射頻電纜基于良好的傳輸性能，射頻電纜長度應(yīng)盡可能短，減少傳輸損耗，短波通聯(lián)天線系統(tǒng)要求射頻電纜采用低損耗電纜。

3 短波近距離通信天線測試驗(yàn)證

Delta測試天線是短波天線[4]的一種，由于天線外形類似Δ形，取名為Delta天線，該天線具備全向發(fā)射接收、高仰角等特征。特別是在近距離通信的應(yīng)用場景中，Delta天線具有較好的通信性能，能夠滿足近距離通信的要求。這里我們采用了Delta天線，本次設(shè)計(jì)的天線參數(shù)天線距離地面高度為6 m，陣子材質(zhì)為鍍錫軟銅線，粗4 mm，斜邊長9.14 m，橫邊長6.71×2 m，橫邊陣子間距為303.5 mm。

同時，為了驗(yàn)證該Delta天線近距離通信特點(diǎn)和實(shí)際性能，對短波頻段Delta天線進(jìn)行了實(shí)際發(fā)射接收測試。本次測試使用機(jī)動車前往不同距離測試點(diǎn)接收的方式，通過對該Delta天線輻射方向、地波傳播、天波傳播特性等方面的測試，進(jìn)一步地掌握了該天線近距離通信的實(shí)際性能。

在發(fā)射端選取一塊較為平坦地點(diǎn)作為發(fā)射端。通過實(shí)際搭建的Delta發(fā)射天線，利用Flex 6700收發(fā)信機(jī)，在發(fā)射功率為100 W的條件進(jìn)行發(fā)射，發(fā)射信號調(diào)制方式為單邊帶語音報話。接收端由一輛移動測試車輛、PR100接收機(jī)和短波全向天線組成，測試車輛分別前往距離發(fā)射點(diǎn)10 km、20 km、25 km、30 km、45 km的測試位置進(jìn)行接收測試，記錄測試地點(diǎn)接收信號的解調(diào)變化情況，從而估算該天線發(fā)射信號的近距離通信性能。實(shí)際測試結(jié)果如表1所示。

部分測試頻譜如圖1～圖4所示。

圖1 36 km處接收信號頻譜圖

圖2 32 km處接收信號頻譜圖

4 測試總結(jié)

測試點(diǎn)在位于發(fā)射點(diǎn)東、南、西的三個方向，當(dāng)距離約為30 km的位置時，接收效果基本相同，因此可初判斷該發(fā)射天線在水平方向上的輻射方向無明顯方向性，與理論仿真結(jié)果一致。

當(dāng)測試點(diǎn)在距離發(fā)射地點(diǎn)各方向約為30 km的位置時，3～6 MHz較低頻段可以接收到信號，較高頻率接收不到信號的特點(diǎn)。因此在30 km處可接收到發(fā)射天線通過天波傳播的信號。

當(dāng)測試點(diǎn)在距離發(fā)射地點(diǎn)小于25 km的位置時，均能接收到從3 MHz至28 MHz的測試信號。因此在25 km以內(nèi)可接收到發(fā)射天線通過地波傳播的信號。

基于上述結(jié)果，使用Delta天線作為發(fā)射天線，發(fā)射功率為100 W，在接收距離大于30 km時，采用3～6 MHz較低頻段作為發(fā)射頻率，可以通過天波傳播的方式實(shí)現(xiàn)通信；當(dāng)接收距離小于30 km時，在短波全頻段范圍內(nèi)均可以通過地波傳播的方式實(shí)現(xiàn)通信。因此，在一定時間范圍和一定頻率的情況下，使用的Delta天線可實(shí)現(xiàn)從地波到天波的無盲區(qū)覆蓋通信。同時，經(jīng)測試和分析，倒V天線與Delta天線具有相似的技術(shù)特點(diǎn)。

5 結(jié)束語

文章提供了一種適用于短波短距離通信的天線選型，并對其實(shí)際通信性能進(jìn)行了測試分析，為改善短波近距離通信質(zhì)量提供了一種解決方案?！?/p>