小功率短波臺站天線的工作原理及實(shí)際運(yùn)用研究

石星

新疆廣電局9167臺，新疆 伊寧 835000

0 引言

小功率短波臺站的信號在傳輸過程中主要是依靠電離層反射出來的電磁波，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的信號傳輸。小功率短波臺站在建設(shè)過程中不用花費(fèi)太多的成本，既能在機(jī)動狀態(tài)下傳輸信號，也能設(shè)置固定的安裝地點(diǎn)。另外，小功率短波臺站對網(wǎng)絡(luò)的要求較低，基本上都是依靠天線來接收或傳輸信號，即便發(fā)生自然災(zāi)害或者戰(zhàn)爭也不會受到太大的影響。對于小功率短波臺站的運(yùn)行而言，天線是非常重要的信號接收工具，所以必須要結(jié)合小功率短波臺站的實(shí)際需求選擇適合的天線，才能保證小功率短波臺站的正常運(yùn)行。

1 小功率短波臺站天線的性能對比

如果在發(fā)射短程波段的信號塔中安裝全向性干擾天線，對信號傳輸將會造成較強(qiáng)的干擾。這種天線一般會在周邊環(huán)境復(fù)雜或者需要對信號波段進(jìn)行壓制的區(qū)域使用。結(jié)合全向性干擾天線的特征和發(fā)射短程波段的電視臺對于天線干擾性能的要求，地面中低頻段所使用的天線主要是籠形天線，并且還有用垂直電力設(shè)備支架進(jìn)行搭設(shè)。從外形的角度對小功率短波臺站天線種類進(jìn)行分析，常見的類型有籠形天線和鞭形天線兩種，本文對這兩種類型天線的性能進(jìn)行對比，差距主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 天線的工作效率有所差異

與鞭形天線相比，籠形天線在波段傳輸發(fā)射時所產(chǎn)生的損耗較小，且籠形天線的工作效率高達(dá)95%，而鞭形天線除了具備諧振頻點(diǎn)的優(yōu)勢之外，天線的傳輸效率只有籠形天線的30%[1]。

1.2 天線的工作頻段有所差異

籠形天線是圓形的柱子天線，每個點(diǎn)的功效相等，天線的直徑為2.5m，在調(diào)頻過程中也不需要單獨(dú)進(jìn)行調(diào)諧處理。但是鞭形天線的直徑卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于籠形天線，鞭形天線的直徑還不到10公分，并且在對鞭形天線進(jìn)行調(diào)頻時還要做好調(diào)諧處理工作。天線的直徑對工作效率起到非常重要的影響作用。結(jié)合兩種天線的運(yùn)行現(xiàn)狀來看，由于籠形天線的直徑較大，并且不用對其進(jìn)行調(diào)諧處理，所以籠形天線的工作頻段要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鞭形天線。

1.3 天線的安全性能有所差異

天線在運(yùn)行過程中的內(nèi)阻值直接決定了天線的安全性能，據(jù)相關(guān)資料分析，籠形天線在運(yùn)行過程中的輻射電阻一般控制在20～100Ω之間，但是鞭形天線的輻射電阻還不到1Ω。但是，如果籠形天線和鞭形天線的運(yùn)行功率相同，籠形天線底部的電壓卻小于鞭形天線，如果在這樣的運(yùn)行環(huán)境下使用鞭形天線，很容易引發(fā)火災(zāi)事故。另外，籠形天線在安裝過程中一般會搭配避雷針，這樣就能避免天線遭受雷擊[2]。

2 小功率短波臺站天線的運(yùn)行原理

2.1 籠形天線的主要參數(shù)

籠形天線在運(yùn)行過程中的工作頻率控制在302兆赫到26.1兆赫之間，籠形天線的功率保持在負(fù)10千瓦到正10千瓦之間，在線極化方式一般采用垂直極化，并且還要使用全向天線。籠形天線的高度控制在10米左右，天線的重量大約600斤，這樣的重量即便在十級大風(fēng)天氣，基本上也不會受到太大的影響。籠形天線的輻射半徑能夠達(dá)到15米，由于自身具備防雷設(shè)備，也不會受到雷電的損害。

2.2 天線的運(yùn)行原理

小功率短波臺站在建設(shè)過程中，天線一般都是根據(jù)單一電塔天線的理論依據(jù)，在運(yùn)行過程中所使用的諧振振子不超過0.6λ，天線的輻射電阻控制在25～130Ω之間，天線的線塔下端要專門進(jìn)行絕緣處理，將電塔作為核心，向四周輻射電網(wǎng)，在地面與天線經(jīng)過反射之后，單項(xiàng)的天線鏡像通過反射就會轉(zhuǎn)化成雙向鏡像，有效提高了小功率短波臺站天線的輻射阻值，天線的工作效率也能得到提升。如果在小功率短波臺站建設(shè)過程中使用籠形天線，就可以使用效能相等的振子天線，再加上天線的直徑在2.5m，天線的工作效能就能得到有效保障。

3 天線的選擇和架設(shè)方法

小功率短波臺站在建設(shè)過程中，主要包含了固定臺、車載臺和便攜臺三部分，將這三部分結(jié)合在一起，才能構(gòu)建完善的通信網(wǎng)絡(luò)，由于臺站具備固定天線和設(shè)備，如果線路發(fā)生故障時，也可以充當(dāng)應(yīng)急樞紐，同時還能結(jié)合天線便攜性強(qiáng)、設(shè)備隨時進(jìn)行移動的優(yōu)勢傳遞通信信息。所以無論小功率短波臺站的固定臺、車載體還是便攜臺，任何一個部分都需要性能較強(qiáng)的天線作為支撐，這樣才能是通信傳輸?shù)馁|(zhì)量得到保障。因此在選擇天線時，必須要結(jié)合天線的架設(shè)長度、通信信息的傳輸方向、功率的大小等因素，結(jié)合小功率短波臺站的實(shí)際需求選擇天線，并且還要利用科學(xué)的方法進(jìn)行架設(shè)，這樣才能提高小功率短波臺站的工作效率，同時也能改善通信信息的傳送效果[3]。

3.1 小功率短波固定臺站的天線選擇

小功率短波固定臺站主要是與各個固定臺和車載臺之間構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，所以固定臺站的天線要能夠滿足移動通信中心對天線的各項(xiàng)要求，即必須選擇全向性天線，天線在運(yùn)行過程中能夠同時兼顧近距離和遠(yuǎn)距離的信號傳輸，同一范圍內(nèi)存在多種極化形式的車載臺或者固定臺天線，選擇的天線也要確保能夠和同一范圍內(nèi)的其他天線兼容。因此，在選擇天線時，能夠應(yīng)用在全方位通信范圍中的三角組合型全向天線和同時兼顧全向和定向的高增益三線天線都符合小功率短波臺站對天線的實(shí)際要求。

三角組合型全向天線能夠?qū)崿F(xiàn)360度全向輻射，確保輻射信號的均勻性，即便遠(yuǎn)距離同樣也能輻射到，這樣就不會再出現(xiàn)通信盲區(qū)。另外，三角組合型全向天線還能同時兼顧垂直極化和水平極化的波段，在同一范圍內(nèi)也能和其他天線更好地融合在一起。雖然我們國家的土地資源豐富，但是各個地區(qū)的省會城市到邊緣地區(qū)的距離也不會超過1200公里，要想在全省范圍內(nèi)建設(shè)小功率短波固定臺站，就可以選擇這種天線。

高增益三線天線最大的特征就是具備增益高、在整個頻段范圍內(nèi)的駐波比較小、不會出現(xiàn)通信盲區(qū)、自身抵抗自然災(zāi)害能力強(qiáng)等優(yōu)勢，能夠?yàn)樾」β识滩ㄅ_站的通信傳輸質(zhì)量提供有力保障。高增益三線天線在架設(shè)過程中，要結(jié)合通信傳輸?shù)哪康恼{(diào)整架設(shè)方式，一般情況下主要采用平拉或者倒V的形式進(jìn)行架設(shè)。如果采用平拉方式架設(shè)天線，寬邊的輻射要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于窄邊輻射，所以平拉架設(shè)適用于通信方向點(diǎn)對點(diǎn)或者點(diǎn)對扇面，一般應(yīng)用在基層臺站，如果能夠搭配125W的電臺，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)3000km。如果采用倒V形式進(jìn)行架設(shè)，就能確保全方位的輻射范圍，并且還能與各個返鄉(xiāng)的水平天線和鞭形天線構(gòu)建完善的通信網(wǎng)絡(luò)，這種天線基本上會應(yīng)用在中心站，搭配125W的電臺，通信距離最高可達(dá)1500km。

3.2 小功率短波車載臺站的天線選擇

為了充分發(fā)揮小功率短波反應(yīng)速度快、靈活的應(yīng)急通信作用，可以將小功率短波電臺和天線安裝在車輛上。小功率短波車載臺站常用的天線為鞭形天線，這種天線的占地面積小，安裝方法簡單快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)全方向輻射，更加適合車輛在移動過程中實(shí)現(xiàn)通信傳輸。如果通信距離較遠(yuǎn)，鞭形天線在安裝過程中要呈垂直裝填，這樣就能通過地面的鏡像反應(yīng)增加鞭形天線的長度，通信傳輸質(zhì)量也能得到保障。如果鞭形天線實(shí)現(xiàn)短距離通信傳輸，可以將鞭形天線的形狀調(diào)整至倒L形，這樣就能利用車頂?shù)姆瓷渥饔脭U(kuò)大鞭形天線的垂直輻射范圍，也能使信號的發(fā)射效率得到保障[4]。

由于鞭形天線受到自身性能的影響，在實(shí)現(xiàn)通信傳輸?shù)倪^程中可能在百公里范圍內(nèi)出現(xiàn)盲區(qū)，為了使這一問題得到有效解決，可以使用動中通天線和靜中通天線。動中通主要是指車輛在移動過程中實(shí)現(xiàn)通信傳輸，在利用鞭形天線實(shí)現(xiàn)動中通時，可以增加天線的長度，并且天線的頂端要朝著車頂?shù)姆较蚶辏@樣就能適當(dāng)擴(kuò)大鞭形天線的垂直輻射范圍，能夠有效改善通信盲區(qū)問題。要想利用動中通從根本上解決通信盲區(qū)問題，可以將天線換成高能半環(huán)車載天線，這種類型的天線輻射范圍較大，且天波的落地距離最短為零，根本就不會產(chǎn)生盲區(qū)問題。車輛在靜止?fàn)顟B(tài)時實(shí)現(xiàn)通信時，就可以選擇野外天線，這種類型的天線整體體積小，能夠在最短的時間內(nèi)完成架設(shè)，這樣就能確保1000km范圍內(nèi)不會出現(xiàn)通信盲區(qū)。只有將野外天線和鞭形天線結(jié)合在一起，才能確保小功率短波車載臺站通信傳輸?shù)挠行浴?/p>

3.3 小功率短波便攜臺站天線選擇

小功率短波便攜臺站在通信傳輸過程中，只能選擇短距離的鞭形天線。有種鞭形天線的長度只有3m，還能將其進(jìn)行折疊，如果給這種天線搭配25W到50W的電梯，通信的傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)20km。如果傳輸距離不能滿足通信要求，必須在停止?fàn)顟B(tài)更換臺站的天線，用快速天線代替3m鞭形天線。

在野外環(huán)境中實(shí)現(xiàn)便攜臺站的通信傳輸時，一般會使用單線性波天線，這種天線的主要作用就是為了增加野外基站或者個人基站的通信距離。單線性波天線就是一種在野外環(huán)境實(shí)現(xiàn)通信傳輸?shù)谋銛y式短波天線，這種類型的天線在運(yùn)行過程中始終保持較低的駐波比，輻射效率也能得到保障，如果通信傳輸距離有要求，就要結(jié)合實(shí)際要求調(diào)整架設(shè)方法，這樣才能實(shí)現(xiàn)全向通信或者定向通信。單線性波天線的體積較小，重量較低，能夠在短時間內(nèi)架設(shè)好，撤線速度很快，所以更加適合應(yīng)用在軍隊(duì)或者邊防工作中，能夠快速將信息進(jìn)行傳遞，有些地域車輛或者其他交通工具無法到達(dá)，人就可以自主攜帶，實(shí)現(xiàn)短波臺站的建立。如果是在野外安裝20m長的單線性波天線，一般會采用以下兩種方式進(jìn)行架設(shè)：一種是沿著水平地面斜拉，斜拉的方向要結(jié)合輻射范圍調(diào)整，通信傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000km，百公里內(nèi)的通信盲區(qū)問題也能得到有效解決。另一種方式就是平拉，這種架設(shè)方式對方向要求較高，更加適合遠(yuǎn)距離的定向通信。如果野外環(huán)境中臨時建立小功率短波臺站，一般會采用30m單線性波天線，這樣就能保證通信傳輸距離，通信效果也能得到保障。這種類型的天線在架設(shè)過程中，主要采用倒V形式進(jìn)行架設(shè)，輻射范圍也能實(shí)現(xiàn)全方位。以上介紹的這兩種類型的天線也可以作為車載臺站的天線，必須在停車裝填下才能更換，能有效解決通信盲區(qū)和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}。

4 小功率短波臺站天線的架設(shè)步驟和維護(hù)保養(yǎng)

4.1 小功率短波臺站天線的架設(shè)步驟

首先，專業(yè)技術(shù)人員在架設(shè)天線之前，要對架設(shè)場地進(jìn)行清理，確保周邊沒有任何障礙物，同時還要結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙確定地錨的位置。在安裝過程中，要先將天線的底座進(jìn)行固定，大部分的天線底座下方都配備了四根鋼槽，就可以通過方板和連接盤進(jìn)行固定。然后在將振子進(jìn)行固定，專業(yè)技術(shù)人員在固定振子時，可以將長度10m左右的鋼管作為桅桿，將振子固定在桅桿的頂端，在利用振子將橫斜的支撐桿與桅桿連接在一起。在安裝的過程中要重視安裝固定的正確方向，避免因?yàn)榘惭b問題而影響到天線的輻射方向。

其次，天線在架設(shè)過程中主要有以下兩種架設(shè)方法。①通過吊車架設(shè)，有些小功率短波臺站的建設(shè)場地較為寬敞，再加上高度要求，就可以通過吊車進(jìn)行架設(shè)。吊車前端的吊鉤將天線的頂端和桅桿全部豎立，然后將桅桿輕輕吊至設(shè)計(jì)圖紙中確定好的天線底座位置上，位置校正之后再將桅桿的底端放在底座中，然后可以通過三方的繩索拉緊天線，最后將天線進(jìn)行固定。②人工架設(shè)。專業(yè)技術(shù)人員在架設(shè)過程中，要先將天線的底座和鋼槽固定在一起，再將拉線穿過振子直達(dá)桅桿的兩端；拉線完成后，將拉線拉緊之后進(jìn)行固定，桅桿豎起來之后也要將振子固定在桅桿底端，最后利用銅線在底座周邊鋪設(shè)地網(wǎng)[5]。

4.2 小功率短波臺站天線的維護(hù)保養(yǎng)

小功率短波臺站的天線在固定時，必須保持拉直裝填，桅桿和地面之間要始終處于垂直狀態(tài)。定期對天線的架設(shè)進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題必須及時進(jìn)行維修。室外的天線受到熱脹冷縮的影響較大，進(jìn)入冬季之后可以適當(dāng)調(diào)整一下天線的松緊度，并且還要檢查天線的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

小功率短波臺站天線的維護(hù)工作主要是檢查拉線是否處于牢固樁體，拉線長時間處于緊繃狀態(tài)很容易出現(xiàn)老化，所以必須要定期檢查和維修。固定天線的桅桿一般都是金屬材料，長時間在外部環(huán)境中可能會出現(xiàn)氧化反應(yīng)，所以平時也要對桅桿進(jìn)行防腐蝕養(yǎng)護(hù)[6]。除此之外，維護(hù)人員也要定期檢查各個接觸點(diǎn)之間是否固定牢固，松動之處要及時做好焊接處理，避免對天線的正常運(yùn)行造成影響。

5 結(jié)語

總而言之，我國如今對通信基礎(chǔ)建設(shè)的重視程度越來越高，國家為了推動各個地區(qū)的發(fā)展，已經(jīng)開始加快小功率短波臺站的建設(shè)。小功率短波臺站在運(yùn)行過程中主要是由天線為其提供運(yùn)行保障，所以必須要充分掌握天線的運(yùn)行原理和架設(shè)方法，及時對天線進(jìn)行維護(hù)，才能保證小功率短波臺站的正常工作。