【正文】 窗體頂端天線的參數(shù)短波通信是指波長１００－１０米（頻率為３－３０ＭＨｚ）的電磁波進(jìn)行的無線電通信。短波通信傳輸信道具有變參特性，電離層易受環(huán)境影響，處于不斷變化當(dāng)中，因此，其通信質(zhì)量，不如其它通信方式如衛(wèi)星、微波、光纖好。短波通信系統(tǒng)的效果好壞，主要取決于所使用電臺性能的好壞和天線的帶寬、增益、駐波比、方向性等因素。近年來短波電臺隨著新技術(shù)提高發(fā)展很快，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、固態(tài)化、小型化，但天線技術(shù)的發(fā)展卻較為滯后。由于短波比超短波、衛(wèi)星、微波的波長長，所以，短波天線體積較大。在短波通信中，選用一個(gè)性能良好的天線對于改善通信效果極為重要。下面簡單介紹短波天線如何選型和幾種常用的天線性能。 一、衡量天線性能因素 天線是無線通信系統(tǒng)最基本部件，決定了通信系統(tǒng)的特性。不同的天線有不同的輻射類型、極性、增益以及阻抗。 １．輻射類型：決定了輻射能量的分配，是天線所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。 ２．極性：極性定義了天線最大輻射方向電氣矢量的方向。垂直或單極性天線（鞭天線）具有垂直極性，水平天線具有水平極性。 ３．增益：天線的增益是天線的基本屬性，可以衡量天線的優(yōu)劣。增益是指定方向上的最大輻射強(qiáng)度與天線最大輻射強(qiáng)度的比值，通常使用半波雙極天線作為參考天線，其它類型天線最大方向上的輻射強(qiáng)度可以與參考天線進(jìn)行比較，得出天線增益。一般高增益天線的帶寬較窄。 ４．阻抗和駐波比（ＶＳＷＲ）：天線系統(tǒng)的輸入阻抗直接影響天線發(fā)射效率。當(dāng)駐波比（ＶＳＷＲ）１：１時(shí)沒有反射波，電壓反射比為１。當(dāng)ＶＳＷＲ大于１時(shí)，反射功率也隨之增加。發(fā)射天線給出的駐波比值是最大允許值。例如：ＶＳＷＲ為２：１時(shí)意味著，反射功率消耗總發(fā)射功率的１１％，信號損失０．５ｄＢ。ＶＳＷＲ為１．５：１時(shí)，損失４％功率，信號降低０．１８ｄＢ。 二、幾種常用的短波天線 １．八木天線（Ｙａｇｉ Ａｎｔｅｎｎａ） 八木天線在短波通信中通常用于大于６ＭＨｚ以上頻段，八木天線在理想情況下增益可達(dá)到１９ｄＢ，八木天線應(yīng)用于窄帶和高增益短波通信，可架設(shè)安裝在鐵塔上具有很強(qiáng)的方向性。在一個(gè)鐵塔上可同時(shí)架設(shè)幾個(gè)八木天線，八木天線的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。 ２．對數(shù)周期天線（Ｌｏｇ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ） 對數(shù)周期天線價(jià)格昂貴，但可以使用在多種頻率和仰角上。對數(shù)周期天線適合于中、短波通信，利用天波信號，效率高，接近于發(fā)射期望值。與其它高增益天線相比，對數(shù)周期天線方向性更強(qiáng)，對無用方向信號的衰減更大。 ３．長線天線（Ｌｏｎｇ－Ｗｉｒｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ） 長線天線優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，增益適中。與八木天線和對極周期天線比，長線天線長度方向性和增益低。但其優(yōu)勢在于，由于其增益與線長度有關(guān)，用戶可以找到最佳接收線的長度和角度。通過比較信號波長，計(jì)算出線的長度，非常適合于遠(yuǎn)距離通信。當(dāng)線長４倍波長在仰角為２５度時(shí)與雙極天線比增益高３ｄＢ，當(dāng)線長８倍于波長時(shí)，增益高６ｄＢ，仰角下降到１８度，圖１為長線天線增益示圖。 ４．車載移動天線（Ｍｏｂｉｌｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ） 移動天線一般工作在２．０～２５ＭＨｚ頻段上，為垂直極性天線，性能與機(jī)械特性有關(guān)，天線長度較短，在低仰角工作時(shí)，發(fā)射效率適中。在通常情況下，車載天線仰角應(yīng)大于４５度，因?yàn)樘炀€長度較短，是低效天線。在汽車上，機(jī)械特性限制了天線的選擇，但天線可以放置為倒Ｌ型，這樣增加了天線的垂直輻射面，可以提高發(fā)射效率，倒Ｌ天線適宜用于中短波通信。 三、常用短波天線性能 方向性天線、簡單的雙極天線適用于短距離通信，但短波遠(yuǎn)距離通信信號微弱，甚至被各種噪音淹沒時(shí)，天線就需要選擇比雙極天線增益更高的天線。理想方向性天線在工作方向上具有很高增益而無用方向上增益為０。 四、不同環(huán)境下天線選型 １．固定站間遠(yuǎn)／近距離通訊 由于固定站間通訊方向是固定不變的，所以一般采用高增益，方向性強(qiáng)的短波天線。通信距離在１０００－３０００公里，可使用高增益，低仰角對數(shù)周期天線（ＬＰ），但天線價(jià)格昂貴。在實(shí)踐中１００Ｗ短波自適應(yīng)電臺配這種天線，可基本實(shí)現(xiàn)北京至昆明，烏魯木齊甚至拉薩全天候通信。如果通信質(zhì)量要求不是太高也可使用價(jià)格相對便宜的天線如八木天線，長線天線，但長線天線需用天調(diào)。距離在６００Ｋｍ以內(nèi)時(shí)采用水平雙極天線可取得較好效果，但水平雙極天線占地較大，中心站電臺較多不適合布天線陣。 ２．固定站與移動站間通訊 由于移動站在運(yùn)動中，通訊方向不固定，所以中心站的天線應(yīng)選用全向天線，例如，多膜短波寬帶天線或配有天線調(diào)諧器的鞭狀天線。多膜天線雖然價(jià)格較貴，但是一個(gè)天線竿上可以繞三副天線（倆副高仰角天線，一副低仰角天線）遠(yuǎn)、近距離通信均可兼顧。中心站也可用鞭狀天線，鞭狀天線的仰角低，近距（２０１００公里）通信困難，遠(yuǎn)距離（５００３０００公里）只要頻率合適，通信效果較好。 移動站天線由于安裝面的限制，多采用鞭狀天線，國內(nèi)有時(shí)用柵網(wǎng)、雙環(huán)、三環(huán)天線。遠(yuǎn)距離通信時(shí)，鞭狀天線豎直，近距離通信則可以放置為倒Ｌ型，這樣使用增加了天線的垂直輻射面，可以提高發(fā)射效率。只要天線的發(fā)射角、電臺的工作頻率合適，可以克服短波盲區(qū)（３０８０公里）的通信困難。 ３．干擾環(huán)境下的天線選型 電臺干擾是指工作在當(dāng)前工作頻率附近的無線電臺的干擾，其中包括敵方有意識的電子干擾。由于短波通信的頻帶非常窄，而且現(xiàn)在短波用戶越來越多，因此電臺干擾就成為影響短波通信順暢的主要干擾源。特別對于軍用通信系統(tǒng)，這種情況尤其嚴(yán)重。電臺的干擾與其他自然條件引起的干擾有很大的不同，它帶有很大的隨機(jī)性和不可預(yù)測性。在敵方有意識的電子干擾情況下，采用高增益、方向性強(qiáng)的對數(shù)周期天線可取得一定的效果。當(dāng)然，克服干擾主要提高短波電臺性能（發(fā)射功率、接收靈敏度等等）或者采用頻率自適應(yīng)、短波寬帶跳頻技術(shù)。如果需要數(shù)傳，調(diào)制解調(diào)器性能也非常關(guān)鍵，帶有交織功能的串行體制短波高速調(diào)制解調(diào)器具有良好的抗干擾性能。 天線增益是指： 在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這樣來理解增益的物理含義為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20（倍） 的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只需 100 / 20 = 5W。換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。半波對稱振子的增益為G = dBi；4個(gè)半波對稱振子 沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其增益約為G = dBi ( dBi這個(gè)單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源) 。如果以半波對稱振子作比較對象，則增益的單位是dBd .半波對稱振子的增益為G = 0 dBd （因?yàn)槭亲约焊约罕?，比值?，取對數(shù)得零值。） ； 垂直四元陣，其增益約為G = – = 6 dBd 。 對于水平極化方式的天線來講，通常以一個(gè)半波水平放置的偶極子天線為標(biāo)準(zhǔn)天線，其增益為0dB（實(shí)際指dBd）。調(diào)頻二偶極子反射板天線的增益通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其結(jié)果基本一致。當(dāng)天線在進(jìn)行組陣時(shí)。計(jì)算推論如下：總功率在一層四面分配時(shí)，天線功率將損失6dB，=；再根據(jù)天線層數(shù)增加一倍時(shí)天線系統(tǒng)增益將增加3dB的原理，+3=；當(dāng)天線層數(shù)為四層時(shí)，+3+3=。 若天線為全波長二偶極子板天線時(shí)，四層四面分配組陣時(shí)。 天線基礎(chǔ)知識1 天線 天線的作用與地位 無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)?？梢姡炀€是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。對于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸?，可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。*電磁波的輻射 導(dǎo)線上有交變電流流動時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如 b 所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。 必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L 遠(yuǎn)小于波長 λ 時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度 L 增大到可與波長相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。 對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對稱振子可簡單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見 a 。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個(gè)窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子, 見 b。 天線方向性的討論 天線方向性 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈” 形的立體方向圖（ a）。立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難， b c 給出了它的兩個(gè)主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上； c 可以看出，在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大。 天線方向性增強(qiáng) 若干個(gè)對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈” ，把信號進(jìn)一步集中到在水平面方向上。下圖是4個(gè)半波振子沿垂線上下排列成一個(gè)垂直四元陣時(shí)的立體方向圖和垂直面方向圖。 也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向，平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個(gè)小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個(gè)基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。 增益 增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高?？梢赃@樣來理解增益的物理含義為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只需 100 / 20 = 5W 。換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。半波對稱振子的增益為G=。 4個(gè)半波對稱振子沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其增益約為G= ( dBi這個(gè)單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源)。 如果以半波對稱振子作比較對象，其增益的單位是dBd。 半波對稱振子的增益為G=0dBd（因?yàn)槭亲约焊约罕龋戎禐?，取對數(shù)得零值。）垂直四元陣，其增益約為G=–=6dBd。 波瓣寬度 方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。 a ,在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 還有一種波瓣寬度，即10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角， b。 前后比 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為 F / B 。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F / B 的計(jì)算十分簡單 F / B = 10 Lg {（前向功率密度）/（后向功率密度）} 對天線的前后比F / B有要求時(shí)，其典型值為 （18 ~30）dB，特殊情況下則要求達(dá)（35 ~ 40）dB。 天線增益的若干近似計(jì)算式 1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增益： G（dBi）= 10 Lg { 32000 / （ 2θ3dB,E 2θ3dB,H ）} 式中， 2θ3dB,E 與 2θ3dB,H 分別為天線在兩個(gè)主平面上的波瓣寬度； 32000 是統(tǒng)計(jì)出來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 2）對于拋物面天線，可用下式近似計(jì)算其增益： G（dB i）=10 Lg { （ D / λ0 ）2} 式中，D 為拋物面直徑； λ0 為中心工作波長； 是統(tǒng)計(jì)出來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 3）對于直立全向天線，有近似計(jì)算式 G（ dBi ）= 10 Lg { 2 L / λ0 } 式中，L 為天線長度； 160