哥哥挠我妹妹脚心:短波通信中的天线选型

短波通信是指波长１０ ０－１０米（频率为３－３０ＭＨｚ）的电磁波进行的无线电通信。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术提高发展很快，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。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短波天线体积较大。在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。

   一、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。
    １．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。
    ２．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。
    ３．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。
    ４．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。
    二、几种常用的短波天线
    １．八木天线（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。
    ２．对数周期天线（Ｌｏｇ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ａｎｔｅｎｎ ａ） 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。
    ３．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。
    ４．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。
    三、常用短波天线性能
    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。
    四、不同环境下天线选型
    １．固定站间远／近距离通讯 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６００Ｋｍ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．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（３ ０--８０公里）的通信困难。
    ３．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。
   以下综合评论

实际上，对于专业厂家生产的天线，比如v/u段的J形天线，都必须定制的，出厂时候必须调整（主要是修剪振子的长度），对于国外的厂家，由于是定型的产品，所以一般经过理论计算和长时间生产实践，摸索了比较好的数据，对于不同的频点的调整，有了经验数据。所以我们可能会以为商品天线出厂不需调整就能很好匹配。（国内由于厂家调测设备不到位，所以大部分都是形似而做不到神似，呵呵），对于国外生产的短波段的天线，比如日产的短波多波段八木天线，由于普遍采用低通滤波器类似的线圈加慢波天线线圈，一方面大大缩小了天线尺寸，又适应多波段的需要。但是同时，使天线方向图波瓣钝化，降低了增益，从而也相应地扩大了适应的频带宽度（天线的增益和天线的工作频带宽度成反比）。再说，对于短波段的频带（和V/U比较）本身比较窄，拿比较宽的业余波段21.000-21.500MHz来说，总共才500KHz，只占频带宽度的1/43，这样的天线整个频带只要一个尺寸完全可以照顾过来，难度不大，对于成品厂家，由于长期制作，应该已经可以很好地调出了具体的制作尺寸，按照要求架设（主要是场地的选择，以及离地高度），一般就能达到厂家的指标了。
但是在民用来说，制作最复杂，厂家的产品由于考虑成本，费效比，所以没有发烧的ham制作的那样不惜工本，不怕费时！比如说：好多国外爱好者非常喜欢的多单元框形天线，由于能够同时接收垂直和水平极化波，对于远距离通信非常有利（我们知道电磁波在经过反射后往往会使极化方向旋转，比如通过电离层的反射或者地面/水面的反射后，极化方向会旋转90度，所以对于水平发射的远端电台，我们接收到的往往是水平极化波和垂直极化波的复合，由于有相位差的存在，接收到的电磁波会有衰落，采用多单元的框形天线阵，分集接收既很好地利用了两种极化波，又有效地克服了多径引起的相位差产生的衰落）。但市场上，由于销量小，制造成本高，而没有成品，除非定制。还有，短波段的宽频带（1.8--29MHz）的对数周期天线阵，国外已经由爱好者制作使用了，而且一做就是几副（对应不同的方向），占地很广，蔚为壮观！相信这样的天线在国家来说也是研究所少量研制，而没有成品出售的。所以我说，最高级和发烧的，最好的天线都是爱好者制作的！
国外好多制作天线的公司，都是由爱好者开设的。其实不光天线，包括无线电测试仪表。我想他们的设备不比好多厂家差。