垂直極化天線和環(huán)天線對(duì)高仰角天波接收能力淺析

崔川安 蘆偉東

【摘要】垂直極化天線和環(huán)天線均為短波通信的常用天線。在復(fù)雜地域進(jìn)行短波通信時(shí)，為解決通信盲區(qū)問(wèn)題，可采取高仰角天波傳播。短波天線對(duì)高仰角天波的接收能力決定了通信質(zhì)量。本文分別對(duì)垂直極化天線和環(huán)天線進(jìn)行分析，比較其接收高仰角天波的能力。

【關(guān)鍵詞】高仰角天波垂直極化天線環(huán)天線

一、引言

短波通信是無(wú)線電通信的一種。短波波長(zhǎng)在10m-100m之間，頻率范圍3MHz-30MHz，基本傳播途徑為地波和天波。短波可經(jīng)電離層反射到達(dá)接收設(shè)備，通信距離較遠(yuǎn)，是遠(yuǎn)程通信的主要手段。

二、高仰角天波

在短波通信中，天波首次經(jīng)電離層反射返回地面的點(diǎn)與發(fā)射點(diǎn)之間的距離稱(chēng)之為“跳躍區(qū)”，通常在80km以上，而地波能傳播的距離約20-30km，因此，在天波返回點(diǎn)和地波傳播極限之間有一段距離，天波信號(hào)穿過(guò)電離層無(wú)法反射，地波信號(hào)無(wú)法到達(dá)，這段距離就是我們常說(shuō)的短波通信盲區(qū)。為解決通信盲區(qū)的問(wèn)題，一是可以增大發(fā)射功率，提高地波傳播距離；二是可以采用高仰角天波傳播。高仰角天波也被稱(chēng)為“近垂直入射天波傳播”，在2-12MHZ頻段采用75-90度的仰角發(fā)射短波信號(hào)，會(huì)被電離層以幾乎同樣的角度反射回來(lái)，而反射回地面的信號(hào)強(qiáng)度在中短距離內(nèi)較穩(wěn)定，可保障近區(qū)的通信。

三、垂直極化天線

垂直極化天線分為對(duì)稱(chēng)和不對(duì)稱(chēng)二種，短波常用的對(duì)稱(chēng)振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線。垂直放置的半波對(duì)稱(chēng)振子具有平放的“面包圈”形的立體方向圖，通過(guò)其垂直和水平面方向圖，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，且在水平面上各方向的輻射一樣大。（見(jiàn)圖1）

不對(duì)稱(chēng)垂直天線為垂直接地天線，完全導(dǎo)電地面的影響可以用單極天線的鏡像來(lái)考慮。常用的單極垂直振子的長(zhǎng)度一般大于八分之一波長(zhǎng)。從鞭天線的方向圖可以看出它在高仰角方向幾乎沒(méi)有輻射（見(jiàn)圖2），對(duì)電離層的入射角基本是在70°以下。這種輻射角度適合中遠(yuǎn)距離通信。由于高仰角方向幾乎無(wú)輻射，天波第一跳落地就到了一百公里之外，一百公里以?xún)?nèi)無(wú)天波信號(hào)。

四、環(huán)形天線

環(huán)形天線是將一根金屬導(dǎo)線繞成一定形狀，如圓形、方形、三角形等，以導(dǎo)體兩端作為輸出端的結(jié)構(gòu)。

環(huán)天線按尺寸分為小環(huán)天線和大環(huán)天線，若圓環(huán)的半徑R很小，其周長(zhǎng)小于波長(zhǎng)，一般稱(chēng)為小環(huán)天線。小環(huán)天線上沿線電流的的振幅和相位變化不大，近似均勻分布。即在環(huán)面的平面上方向圖是圓，環(huán)軸所在平面上方向圖是8字形，沿環(huán)軸方向的輻射為零（見(jiàn)圖3）。環(huán)天線具有接收高仰角天波能力。

五、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)天線方向圖的分析，垂直極化天線在近垂直方向沒(méi)有輻射，無(wú)法接收高仰角天波，而環(huán)天線則具備此能力。因此，在采用高仰角天波發(fā)射的方法解決短波通信中的盲區(qū)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)注意天線的選擇。

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