短波通信天线介绍短波通信天线介绍国家无线电监测中心成都监测站国家无线电监测中心成都监测站陈良陈良目录目录n n基础基础概念概念n n短波天线分类短波天线分类n n几种常见短波通信天线几种常见短波通信天线n短波天线选型短波天线选型n n短波天线在使用中的常见问题短波天线在使用中的常见问题基础基础概念概念n n天线：电信号天线：电信号 无线电信号无线电信号n n接收天线接收天线 有条件互逆有条件互逆 发射天线发射天线 n n条件：功率容量、接收噪声系数条件：功率容量、接收噪声系数 天线能承受的最大功率负载天线能承受的最大功率负载天线能承受的最大功率负载天线能承受的最大功率负载基础概念基础概念n n工作频段（带）n n通信频率（点）、工作频率（点） 日频、夜频、夏频、冬频日频、夜频、夏频、冬频 ； 主频主频 、备频；、备频； 收频、发频收频、发频n n天馈线 同轴电缆（50欧姆欧姆 75欧姆）基础基础概念概念n n驻波系数驻波系数驻波系数驻波系数 VSWR=(1+)/(1-) VSWR=(1+)/(1-) ，馈线，馈线 、发射接收机、天线、发射接收机、天线 匹配程度。匹配程度。 1.5 1.5 一般认为一般认为能耗较为关键的低能应用上被视为临界值。能耗较为关键的低能应用上被视为临界值。能耗较为关键的低能应用上被视为临界值。能耗较为关键的低能应用上被视为临界值。n n回波损耗回波损耗回波损耗回波损耗 反射功率反射功率/ /入射功率入射功率 （ -14dB VSWR=1.5-14dB VSWR=1.5）n n输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗 5050欧姆欧姆 平衡器、天线调谐（天调）、巴伦平衡器、天线调谐（天调）、巴伦平衡器、天线调谐（天调）、巴伦平衡器、天线调谐（天调）、巴伦基础概念基础概念n n天线增益天线增益 相等输入功率实际天线与理想电源功率密度比较相等输入功率实际天线与理想电源功率密度比较相等输入功率实际天线与理想电源功率密度比较相等输入功率实际天线与理想电源功率密度比较 增益越高增益越高增益越高增益越高 电波传播的距离越远电波传播的距离越远电波传播的距离越远电波传播的距离越远 接收灵敏度高接收灵敏度高接收灵敏度高接收灵敏度高n n提高天线增益方法提高天线增益方法 天线体积、天线结构、介质（铜、铝）、有源、放大器、天线阵、方向图基础概念基础概念天线效率天线效率 材材材材 料料料料 铜质铜质铜质铜质 好于铝质和铁质好于铝质和铁质好于铝质和铁质好于铝质和铁质 镀金更好。镀金更好。镀金更好。镀金更好。 网络损耗网络损耗网络损耗网络损耗 天线支架、周围物体和大地中的电磁天线支架、周围物体和大地中的电磁天线支架、周围物体和大地中的电磁天线支架、周围物体和大地中的电磁 感应所引起的损耗感应所引起的损耗感应所引起的损耗感应所引起的损耗方向图、方向系数方向图、方向系数 离天线一定距离处，辐射场的相对场强（归一化离天线一定距离处，辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的图形，通常采用通模值）随方向变化的图形，通常采用通 过天线最过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。示。波瓣波瓣基础概念基础概念n n主瓣：最大辐射方向上的波瓣n n副瓣：除主瓣以外的波瓣n n后瓣：位于主瓣后方的副瓣n n半功率波瓣宽度（3dB波瓣宽度）：包含主瓣平面内，辐射功率为最大辐射功率1半的两个方向的间的夹角。n n前后比：主瓣最大值和后瓣最大值的比值。基础概念基础概念n n极化方式 电场矢量的空间指向为天线辐射电磁波极化方向电场矢量的空间指向为天线辐射电磁波极化方向 HFHF通信通信 相对地面相对地面 水平极化水平极化 垂直极化垂直极化 卫星通信卫星通信 圆极化圆极化 椭圆极化椭圆极化 （左旋（左旋 右旋）右旋）n n大地镜像n n地网、接地几点说明几点说明n n很多参数相互联系相互影响很多参数相互联系相互影响很多参数相互联系相互影响很多参数相互联系相互影响 反射系数反射系数反射系数反射系数 驻波系数驻波系数驻波系数驻波系数 方向系数方向系数方向系数方向系数 效率效率效率效率 增益增益增益增益 频宽频宽频宽频宽n n不能单一的从某一参数说明天线的好坏不能单一的从某一参数说明天线的好坏不能单一的从某一参数说明天线的好坏不能单一的从某一参数说明天线的好坏 驻波系数驻波系数驻波系数驻波系数=1=1的天线是否为好天线？的天线是否为好天线？的天线是否为好天线？的天线是否为好天线？ 5050欧姆的电阻完全无发射，驻波系数为欧姆的电阻完全无发射，驻波系数为欧姆的电阻完全无发射，驻波系数为欧姆的电阻完全无发射，驻波系数为1 1n n参数有时相互矛盾参数有时相互矛盾参数有时相互矛盾参数有时相互矛盾 全向高增益全向高增益全向高增益全向高增益 宽带高增益宽带高增益宽带高增益宽带高增益根据需求综合衡量参数根据需求综合衡量参数天线分类天线分类天线分类天线分类按方向性分类按方向性分类按能量来源分类按能量来源分类全向全向定向定向按工作频段分类按工作频段分类短波频段短波频段超短波频段超短波频段卫星卫星/微波频段微波频段有源有源无源无源按信号极化分类按信号极化分类线极化水平线极化水平/垂直垂直（椭）圆极化（椭）圆极化左旋左旋/右旋右旋短波测向天线短波测向天线-固定站测向固定站测向固定站测向固定站测向短波多模多馈天线短波多模多馈天线全向宽频带天线，三种模式，可以配3个发射机同时异频工作，适合中、远、近距离通信，天线的工作效率取决于螺旋线的长度和大口直径 短波扇锥天线短波扇锥天线应用于固定通信台站，天线具有在工作频段范围内免天线调谐、全方位、高效率等特点是固定台站对中远距离进行可靠通信的优选天线对数周期天线对数周期天线-定向高增益定向高增益定向高增益定向高增益有方向性、增益较高（可达9-12dB）、宽频带，具有阻抗特性和辐射特性与频率无关的突出有点，接收远距离信号效果较好鱼骨天线鱼骨天线-宽频带定向接收宽频带定向接收宽频带定向接收宽频带定向接收相对菱形天线体积小，方向性不如菱形天线尖锐，但方向图形状较好，旁瓣数目可以很好抑制，抗干扰性强，但结构复杂建设成本高菱形短波天线菱形短波天线-方向性强方向性强方向性强方向性强方向性强(方向系数可达50-100)，工作频带宽，结构简单架设方便，可作为远距离通信，缺点是占用场地大，几十到上百米，天线效率低（40%-70%之间），副瓣多而大，信噪比较差笼形天线笼形天线-弱定向宽频带近距离弱定向宽频带近距离弱定向宽频带近距离弱定向宽频带近距离每一臂是6-8根3mm的硬铜线（铜包钢线）排列成一个圆筒，两端用笼圈固定后逐渐缩小，最后将导线扎结一起。工作频带较宽适用于近距离通信角形天线角形天线宽波段弱定向近距离宽波段弱定向近距离宽波段弱定向近距离宽波段弱定向近距离属于对称天线的一类，但它的两臂不排列在一条直线上，而属于对称天线的一类，但它的两臂不排列在一条直线上，而成成90或或120角，故称角形天线角，故称角形天线 角笼形天线角笼形天线为得到宽频段特性，角形天线的双臂也可采用笼形为得到宽频段特性，角形天线的双臂也可采用笼形结构，常用于近距离广播业务或备用天线结构，常用于近距离广播业务或备用天线倒倒V天线天线具有宽频带发射、结构简单、架设方便、重量轻、近距离、全向等具有宽频带发射、结构简单、架设方便、重量轻、近距离、全向等特点特点 水平对称振子天线水平对称振子天线近距离定向容易架设，由3-4mm的铜线或铜包钢线，结构简单，但增益和方向系数较差，只能做近距离通信单线行波天线单线行波天线单线行波天线由主振子、辅助振子、宽带匹配器等组成，具有快速架设、便于携带等优点。不用天调、节省携带台电池，全频段保持低驻波比，辐射效率高，最远可通1500公里以上。斜拉架设可实现高、中仰角全向通信，平拉架设可实现中、低仰角定向通信。同相水平天线同相水平天线 是由若干个同相馈电的水平对称振子组成的边射式平面天线阵，具有强方向性、是由若干个同相馈电的水平对称振子组成的边射式平面天线阵，具有强方向性、低驻波、高增益等优点。为定向天线，可以双向辐射，也可以在振子后面加反射低驻波、高增益等优点。为定向天线，可以双向辐射，也可以在振子后面加反射网单向辐射，根据仰角要求设计天线挂高 。斜（拉）天线斜（拉）天线一般指单根多股铜线，以一般指单根多股铜线，以20米为标准，结构简单，容易架设米为标准，结构简单，容易架设三线式天线三线式天线水平拉方式架设主要向宽边方向辐射，用于点对点定向或点对扇面的通信三线式天线三线式天线倒V式同时兼顾近、中、远各种距离全向通信，因此能够胜任通信网的中心站天线 三线式天线优势三线式天线优势n n结构简单三条平行振子组成n n不用天调n n高增益3-5dBin n宽带 2-30MHzn n低驻波比 2n n抗风能力强、形态和结构合理、性能稳定n n水平和 倒V两种架设方式n n近距离和中远距离效果较好三线式短波天线架设三线式短波天线架设n n平拉架设平拉架设平拉架设平拉架设 点对点和点对扇面定向通信点对点和点对扇面定向通信点对点和点对扇面定向通信点对点和点对扇面定向通信 普通天线低频时辐射方向为双球形，窄边无辐射普通天线低频时辐射方向为双球形，窄边无辐射普通天线低频时辐射方向为双球形，窄边无辐射普通天线低频时辐射方向为双球形，窄边无辐射 三线平拉为椭圆形，宽边辐射更强，窄边也有一定辐射三线平拉为椭圆形，宽边辐射更强，窄边也有一定辐射三线平拉为椭圆形，宽边辐射更强，窄边也有一定辐射三线平拉为椭圆形，宽边辐射更强，窄边也有一定辐射n n倒倒倒倒V V架设架设架设架设 360360全向幅射，较低频率下还能够产生高仰角幅射全向幅射，较低频率下还能够产生高仰角幅射全向幅射，较低频率下还能够产生高仰角幅射全向幅射，较低频率下还能够产生高仰角幅射 兼顾近、中、远各种距离兼顾近、中、远各种距离兼顾近、中、远各种距离兼顾近、中、远各种距离 兼容各种极化方式兼容各种极化方式兼容各种极化方式兼容各种极化方式 中心站天线中心站天线中心站天线中心站天线鞭状天线鞭状天线 用于移动通信用于移动通信用于移动通信用于移动通信是一种垂直杆状天线，其长度一般为1/4或1/8波长，在水平面内无方向性，垂直面内低仰角辐射，适合于地波近距离通信和天波远距离通信 环形天线环形天线是一种结构简单的天线，形状可以做成矩形、是一种结构简单的天线，形状可以做成矩形、三角形或圆形等，根据天线直径与波长的比三角形或圆形等，根据天线直径与波长的比例，又分为小环和大环。在短波移动通信中，例，又分为小环和大环。在短波移动通信中，只使用小环天线只使用小环天线业务应用业务应用固定通信业务固定通信业务 水平对称振子天线、笼形天线、三线式天线、对数周期天线、多模多馈天线移动通信业务移动通信业务 车载鞭状天线、小型环天线短波广播业务短波广播业务 同相水平天线、角形天线、垂直笼形天线阵应急通信业务应急通信业务 单线行波天线、鞭状天线常用短波天线性能常用短波天线性能短波天线选型短波天线选型n n固定站之间通信n n固定站和移动车通信n n近距离通信n n远距离通信n n占地面积、地理环境n n成本（包括维护成本）短波天线在使用中的常见问题短波天线在使用中的常见问题 防干扰防干扰 天线架设前需要测试当地电磁环境，选择电磁环境较好的场地，尤其是要注意工作频点上是否有其他电磁干扰。天线场地天线场地n n 空旷地，不要接近建筑物、高土坎或架空电线空旷地，不要接近建筑物、高土坎或架空电线 忌讳高大建筑物和高压输出电线忌讳高大建筑物和高压输出电线n n架设在山上或山附近考虑高山对电磁波的吸收架设在山上或山附近考虑高山对电磁波的吸收n n不接近高大树木不接近高大树木 考虑使用双极、笼形天线主臂远离树木考虑使用双极、笼形天线主臂远离树木n n力求做到在保护距离内无阻挡力求做到在保护距离内无阻挡 例如某单位三线式天线架设在办公楼顶，四周被高楼包例如某单位三线式天线架设在办公楼顶，四周被高楼包 围，造成无法通信，更换开阔的天线架设地点以后，问题围，造成无法通信，更换开阔的天线架设地点以后，问题得以解决得以解决 避免发射天线距离过近避免发射天线距离过近 n n天线距离较近会引起互调干扰天线距离较近会引起互调干扰 例如某大型短波广播电台，在试运行期间发生过由于例如某大型短波广播电台，在试运行期间发生过由于2 2付付天线距离不够，发射频率又相近，一部发射机的功率通过天线距离不够，发射频率又相近，一部发射机的功率通过天线耦合到另一发射机内，引起发射机互调，互调产物影天线耦合到另一发射机内，引起发射机互调，互调产物影响到航空导航频率。这种情况下调整天线间距或加装单向响到航空导航频率。这种情况下调整天线间距或加装单向器，就能有效排除干扰器，就能有效排除干扰。天馈线天馈线n n 尽量选用质量较好的产品尽量选用质量较好的产品 降低电磁干扰，提高收发信号质量降低电磁干扰，提高收发信号质量n n 一定机械强度，避免损坏一定机械强度，避免损坏n n 可靠安装可靠安装 注意接头污垢、进水、绑扎不牢、久经风吹雨注意接头污垢、进水、绑扎不牢、久经风吹雨 打打 造成密封处断裂造成密封处断裂 驻波比上升，甚至于损坏驻波比上升，甚至于损坏发射设备发射设备防雷与接地防雷与接地 n n天线应做防雷措施，天线置于直击雷防护区域，天线应做防雷措施，天线置于直击雷防护区域，同时馈线加同时馈线加SPDSPD防雷管，天线铁搭及馈线金属外防雷管，天线铁搭及馈线金属外壳部分必须做好接地处理，接地网良好。每年雷壳部分必须做好接地处理，接地网良好。每年雷雨来临季节做好维护检查，雷电天气尽量不使用，雨来临季节做好维护检查，雷电天气尽量不使用，防止雷电引入损坏接收机或有源天线。防止雷电引入损坏接收机或有源天线。 n n接地可使用铜板、铜棒深埋入地下，如果有冻土，接地可使用铜板、铜棒深埋入地下，如果有冻土，需在需在冻土以下，如果大地接地电阻较高，需要做降阻处冻土以下，如果大地接地电阻较高，需要做降阻处理。接地电阻不应大于理。接地电阻不应大于4 4欧姆欧姆 n n馈线不应与铁塔连接，应做绝缘处理。馈线不应与铁塔连接，应做绝缘处理。架设高度及方向架设高度及方向n n架设高度一般会影响发射和接收天线的仰角，应根据不同天线类型和通信站之间的距离及电离层高度等参数计算天线架设的高度，施工过程还要根据实际情况调整天线架设高度。 倾斜面架设增大仰角、降低天线高度倾斜面架设增大仰角、降低天线高度n n对于有方向性通信的天线，有时需要1对1或1对多要求的，把握的原则是尽量将天线主瓣对准主站。考虑天气的影响考虑天气的影响n n大风、暴雨、严寒、酷暑等天气需要天线及馈线不能拉的太紧，同时一定的张力，防止天线及馈线损坏。安全性安全性n n架设天线需要考虑安全性，包括：人员安全、材料安全、设计安全。n n人员需要攀高，需携带进行安全绳作业，建议咨询有经验的高空作业人员。n n材料选用结实的钢制及铝制材料和导电性好的铜质材料，材料要防腐防锈。n n天线易于维护等因素工作频率的选择工作频率的选择n n需要根据天线的类型、日夜及夏冬、通信距离选择合适的通信频率。 随工作频率升高，电离层吸收减少，穿透电离层的高度也越高，传播随工作频率升高，电离层吸收减少，穿透电离层的高度也越高，传播距离也愈远距离也愈远 EDF1F2仰角f0f1f2f3f4f5f5 f4 f3 f2 f1 f0电离层电源对通信质量的影响电源对通信质量的影响n n在选购电源时，一定要挑选功率容量大、输出电压纹波小、电磁屏蔽特性好、电路设计余量大的静化电源产品 鞭状天线可选择两种架设形态鞭状天线可选择两种架设形态n n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“镜象天线”效应，使天线鞭的电长度比实际架高增加将近一倍。n n近距离通信时通常将天线鞭拉弯俯卧，利用车顶的反射作用增加高仰角辐射分量，改善盲区通信效果。谢谢大家谢谢大家