天線在短波通信臺站中的應用分析

吳亞潔

（貴陽職業技術學院，貴州 貴陽 550081）

0 引 言

短波通信中電離層的高度不同，且傳輸易受季節、天氣和溫度因素影響。隨著科學技術的快速發展，特別是互聯網信息技術的快速發展，短波通信也得到了極大的改進，可以在各種情況下進行傳輸。短波無線電通信主要采用2 種新形式，分別是地波和天波。然而，由于天波可以從地面發射，并在電離層折射后返回地面，可以用于地形復雜、建筑密集的地方的無線電通信。相比之下，地波只能沿地表傳輸，傳輸有限?；谠摫尘埃觳ㄊ嵌滩ㄍㄐ诺闹饕问?。

1 短波通信技術概述

1.1 無線電波

無線電波是在自由空間（包括空氣和真空）傳播的頻射頻段的電磁波。無線電波的波長越短、頻率越高，相同時間內傳輸的信息就越多。無線電波在空間中的傳輸方式有以下情況：直射、反射、折射、穿透、繞射(衍射)和散射，無線電波由電子振蕩器產生，并由天線無線傳輸以進行通信和廣播。無線電波的頻率范圍從幾赫茲到數千兆赫茲不等[1]。

1.2 電離層

電離層在宇宙射線和太陽輻射的激勵下電離形成，是等離子體，包含電子、離子、中性粒子，其中正負電荷數量基本一致，因此宏觀上表現為電中性。電離層對無線電信、導航、衛星通信等具有重要意義。在短波通信中，當電離層的離子和電子濃度較高時，反射頻率也會相應增加[2]。由于季節和時間的變化，電離層的濃度因地區而異，對短波通信的影響也有所不同。

1.3 傳播途徑

短波傳輸可分為地波傳輸和天波傳輸2 種方式。地波傳輸指無線電波沿地面傳輸，其傳輸距離與地面介質密切相關。水具有良好的導電性，因此在海上具有良好的傳輸效果。然而，地球本身的導電性較差，無線電波的衰減也較大，因此在傳輸過程中需要考慮障礙物的影響。天波傳輸指信號發射后，需要通過電離層在地面和電離層之間來回傳輸[3]。由于不需要直接接觸地面，天波傳輸距離一般較遠，基本上不受表面障礙物的阻礙。然而，由于需要多次傳輸電離層，電離層的弱作用可能會影響通信質量。此外，在鋪設短波通信網絡時，需要考慮季節、氣候和地區的影響。

2 天線和短波通信的關鍵技術

2.1 基站天線關鍵技術

2.1.1 電調技術

隨著移動互聯網的快速發展和智能手機的普及，人們對移動通信網絡容量的需求呈幾何級增長，對網絡質量的需求也在增加，對網絡質量的要求也越來越高。運營商和設備制造商正在關注如何優化網絡覆蓋，以滿足這些需求。為了實現良好的信號覆蓋，基站天線的主波束通常需要從一定的角度傾斜。實現主波束下傾的方法有2 種，分別是機械下傾和電調下傾[4]。但是，機械天線在性能和工程實施方面不如電調天線，因此電調技術已成為基站天線的關鍵技術。

在移動通信領域，電調技術被廣泛應用以實現基站天線垂直面的主波束向下傾斜。移相器是電調技術的核心，能夠實現這一目標。根據電路類型的不同，移相器可分為模擬移相器和數字移相器。波導移相器是早期的移相器之一，其通過旋轉圓波導中的介質片改變信號傳輸相位。之后的U 型滑動結構移相器通過改變傳輸線的物理長度改變信號傳輸相位，并巧妙地利用波長段實現物理隔離和電氣連接。20 世紀60年代，半導體技術的發展催生了數字移相器的出現，但其成本高、設計復雜、互調性能差等問題限制了其應用[5]。因此，機械模擬移相器開始應用于基站天線，并逐漸成為行業研究的重點和熱點。

2.1.2 極化技術

極化指電場強度矢量的取向隨時間變化的特性，通常用電場強度矢量的端點隨時間變化的軌跡來描述。天線極化分為線極化、圓極化和橢圓極化?；咎炀€通常采用線極化，包括水平極化、垂直極化、-45°極化以及+45°極化。單極化基站天線一般采用垂直極化，而雙極化多采用+45°極化[6]。雙極化天線將2 個互相正交的天線封裝在同一個天線罩內，能夠抵抗多徑衰落，提高漫游切換能力和通話質量，增加系統容量。同時，它能實現小型化，節省天線數量，降低機械承載，便于安裝，并使基站布局更加合理。由于具有眾多優點，雙極化天線被廣泛應用于移動通信系統中。

雙極化技術是一種用于分集接收的技術，最初應用于移動無線通信領域[7]。在工程實踐中，實現基站天線的雙極化相對容易，只需要確保天線輻射單元的電流方向與地面成45°即可。然而，實現高隔離度和交叉極化比是雙極化技術的難點之一。為了解決這個問題，研究人員采用了一些方法，如采用高隔離度的輻射單元、反向饋電技術、增大饋線間隙以及去耦合裝置等。

2.2 短波通信系統的關鍵技術

2.2.1 等效基帶信號系統

在通信系統中，低頻信號包括圖像和語音信號，具有直流分量低通頻譜的特點。這些信號的最高頻率最低值大于1，且在頻譜地段分布的能量較大，因此被稱為基帶信號。基帶信號可以通過電纜、架空明線等有線信道直接傳輸，但不能在無線信道傳輸。即使能夠在有線信道傳輸，一對也只能傳輸一路，利用率很低。為使基帶信號能夠像無線信道一樣傳輸，并且使有線信道能夠傳輸多個基帶信號，需要使用解調和調制技術。解調是接收端將搬移的頻譜還原成基帶信號的過程；調制是將基帶信號從發送端搬移到指定信道的過程。

2.2.2 虛擬短波天波信道模型參數的確定

電離層的物理特性會隨著季節和晝夜的變化而變化，這種影響在接收到的語音信號中表現得非常真實。為了達到這種真實度，需要改變模型參數以適應不同的環境條件。然而，短波模型的參數與環境參數之間沒有確定的關系，因此直接計算環境參數的模型參數并不容易。

3 短波通信站天線的應用分析

3.1 短波通信站在固定電臺天線的應用

短波通信網絡由固定電臺、車載電臺以及便攜式電臺等設備構成，這些設備的選擇直接影響通信質量。為了建立應急通信樞紐并充分發揮小型便攜式天線和設備移動性強的優勢，需要選擇合適的設備來傳遞數據信息。

在選擇天線時，需要考慮傳輸距離、通信方向、使用目的以及承載功率等因素，以選擇合適的架設方法，提高天線短波的傳輸距離和功率，從而優化通信效果。

固定平臺天線需要滿足移動通信中心站的綜合要求，實現各種距離的傳輸，適應各種車輛和船舶元素，具有良好的兼容性。三角形組合全方位全角天線是一種有效的選擇，其可以在水平方向實現全方位覆蓋，同時均勻輻射在天仰角，適用于各種傳輸距離。此外，該天線可以兼顧垂直極化波和水平極化波，與該地區不同電臺站點的不同類型天線兼容性好。

高增益三線天線具有增益高、全頻段駐波比小、無盲區全方位傳輸、抗風能力強等優點，可有效提高通信效果。三線天線可根據通信目的地的不同選擇平拉法安裝。天線寬邊輻射能力強于窄邊，適用于點對點定向通信過程。

無論是固定電臺、車載電臺還是便攜式電臺，都需要根據實際需要和環境條件選擇合適的設備，并通過優化天線的選擇和安裝方法提高短波通信網絡的性能和效率。

3.2 車載電臺天線在短波通信站的應用

車載電臺天線是短波通信傳輸中不可或缺的設備，其反應迅速、靈敏度高、安裝方便等特點備受青睞。鞭狀天線是目前廣泛應用于車載短波通信站的天線類型，由于體積小、重量輕、安裝簡單方便以及能夠實現全方位傳輸等特性，適用于各種類型的車輛。通過鏡像天線效應，鞭狀天線在遠距離通信中呈垂直狀態，從而有效提高通信距離和傳輸強度和效果。在近距離傳輸時，鞭狀天線可以放置為“L”形狀，并通過屋頂反射增加輻射表面和輻射距離。

然而，盡管鞭狀天線在車載短波通信系統中具有諸多優點，但它也存在一些限制因素。例如，在10 ～100 km 內存在通信盲區，可能會影響通信質量。因此，為了優化車載短波通信系統，需要采取一系列措施解決這個問題。首先，增加垂直輻射是一種有效的方法，可以通過調整天線的方向和角度擴大覆蓋范圍。其次，選擇較小的天線類型也可以改善信號質量。最后，改進通信傳輸中的架設方法也非常重要，例如采用更合適的架設位置和角度，以確保信號能夠穩定地傳輸到接收端。

3.3 便攜式電臺天線在短波通信站的應用

便攜式廣播電臺天線在短波通信站中的應用需要使用短鞭天線，例如，3 m 長的可折疊鞭天線可以與25 ～50 W 的廣播電臺相匹配，但最大通信距離只有20 km。為了提高傳輸距離，便攜式快速天線需要及時更換，特別是在停止駕駛時。單線行波天線是一種新型的野外通信設計，專門用于便攜式短波天線的應用。該天線具有低駐波比和高輻射效率的全頻段，并且可以選擇不同的架設方式實現全方位通信傳輸。該天線體積小、質量輕、架設方便靈活，適用于不同距離的通信傳輸。線波天線長20 m，專門用于野外臨時架設，分為斜拉架設和平拉架設。斜拉架設可實現全方位通信輻射，通信傳輸距離可達1 000 km，同時盲區現象也得到了有效改善。在平拉架設中，可用于800 ～1 600 km 的遠距離傳輸，方向性強。

4 結 論

天線作為一種短波介質，具有許多優點，不同類型的天線直接影響短波通信的距離和效率，在實際應用中具有重要意義。通過分析不同類型的天線對短波通信的影響，得出采用小增益、小體積、低高度以及盲區小的天線，可以有效提高短波通信的效率。在鋪設短波通信網絡時，考慮天線類型的運行模式特征，充分發揮其優勢，提高通信效率。為了更有效地應用短波通信，根據不同類型天線的特點，為天線在短波通信中的應用提供了可靠的保護。根據實際情況科學合理地選擇不同類型的天線，從而解決短波通信的控制與維護問題。