小功率短波臺(tái)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(tái)，新疆 伊寧 835000

0 引言

小功率短波臺(tái)站的信號(hào)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(hào)傳輸。小功率短波臺(tái)站在建設(shè)過程中不用花費(fèi)太多的成本，既能在機(jī)動(dòng)狀態(tài)下傳輸信號(hào)，也能設(shè)置固定的安裝地點(diǎn)。另外，小功率短波臺(tái)站對(duì)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(hào)，即便發(fā)生自然災(zāi)害或者戰(zhàn)爭(zhēng)也不會(huì)受到太大的影響。對(duì)于小功率短波臺(tái)站的運(yùn)行而言，天線是非常重要的信號(hào)接收工具，所以必須要結(jié)合小功率短波臺(tái)站的實(shí)際需求選擇適合的天線，才能保證小功率短波臺(tái)站的正常運(yùn)行。

1 小功率短波臺(tái)站天線的性能對(duì)比

如果在發(fā)射短程波段的信號(hào)塔中安裝全向性干擾天線，對(duì)信號(hào)傳輸將會(huì)造成較強(qiáng)的干擾。這種天線一般會(huì)在周邊環(huán)境復(fù)雜或者需要對(duì)信號(hào)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(tái)對(duì)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(duì)小功率短波臺(tái)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(duì)這兩種類型天線的性能進(jìn)行對(duì)比，差距主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(shí)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(shì)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(gè)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(duì)鞭形天線進(jìn)行調(diào)頻時(shí)還要做好調(diào)諧處理工作。天線的直徑對(duì)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(duì)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(huì)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(tái)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(jí)大風(fēng)天氣，基本上也不會(huì)受到太大的影響?；\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(huì)受到雷電的損害。

2.2 天線的運(yùn)行原理

小功率短波臺(tái)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(huì)轉(zhuǎn)化成雙向鏡像，有效提高了小功率短波臺(tái)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(tái)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(tái)站在建設(shè)過程中，主要包含了固定臺(tái)、車載臺(tái)和便攜臺(tái)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(tái)站具備固定天線和設(shè)備，如果線路發(fā)生故障時(shí)，也可以充當(dāng)應(yīng)急樞紐，同時(shí)還能結(jié)合天線便攜性強(qiáng)、設(shè)備隨時(shí)進(jìn)行移動(dòng)的優(yōu)勢(shì)傳遞通信信息。所以無論小功率短波臺(tái)站的固定臺(tái)、車載體還是便攜臺(tái)，任何一個(gè)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(shí)，必須要結(jié)合天線的架設(shè)長(zhǎng)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(tái)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(tái)站的工作效率，同時(shí)也能改善通信信息的傳送效果[3]。

3.1 小功率短波固定臺(tái)站的天線選擇

小功率短波固定臺(tái)站主要是與各個(gè)固定臺(tái)和車載臺(tái)之間構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，所以固定臺(tái)站的天線要能夠滿足移動(dòng)通信中心對(duì)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(shí)兼顧近距離和遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸，同一范圍內(nèi)存在多種極化形式的車載臺(tái)或者固定臺(tái)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(shí)，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(shí)兼顧全向和定向的高增益三線天線都符合小功率短波臺(tái)站對(duì)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(hào)的均勻性，即便遠(yuǎn)距離同樣也能輻射到，這樣就不會(huì)再出現(xiàn)通信盲區(qū)。另外，三角組合型全向天線還能同時(shí)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(guó)家的土地資源豐富，但是各個(gè)地區(qū)的省會(huì)城市到邊緣地區(qū)的距離也不會(huì)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(tái)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(gè)頻段范圍內(nèi)的駐波比較小、不會(huì)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(shì)，能夠?yàn)樾」β识滩ㄅ_(tái)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(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)扇面，一般應(yīng)用在基層臺(tái)站，如果能夠搭配125W的電臺(tái)，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(gè)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(huì)應(yīng)用在中心站，搭配125W的電臺(tái)，通信距離最高可達(dá)1500km。

3.2 小功率短波車載臺(tái)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(tái)和天線安裝在車輛上。小功率短波車載臺(tái)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(jiǎn)單快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)全方向輻射，更加適合車輛在移動(dòng)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(zhǎng)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(hào)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(dòng)中通天線和靜中通天線。動(dòng)中通主要是指車輛在移動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)通信傳輸，在利用鞭形天線實(shí)現(xiàn)動(dòng)中通時(shí)，可以增加天線的長(zhǎng)度，并且天線的頂端要朝著車頂?shù)姆较蚶?，這樣就能適當(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(dòng)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(huì)產(chǎn)生盲區(qū)問題。車輛在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)通信時(shí)，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(shí)間內(nèi)完成架設(shè)，這樣就能確保1000km范圍內(nèi)不會(huì)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(tái)站通信傳輸?shù)挠行浴?/p>

3.3 小功率短波便攜臺(tái)站天線選擇

小功率短波便攜臺(tái)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(zhǎng)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(tái)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(tái)站的通信傳輸時(shí)，一般會(huì)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(gè)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(shí)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(tái)站的建立。如果是在野外安裝20m長(zhǎng)的單線性波天線，一般會(huì)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(duì)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(shí)建立小功率短波臺(tái)站，一般會(huì)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(tái)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(tái)站天線的架設(shè)步驟和維護(hù)保養(yǎng)

4.1 小功率短波臺(tái)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(duì)架設(shè)場(chǎng)地進(jìn)行清理，確保周邊沒有任何障礙物，同時(shí)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(shí)，可以將長(zhǎng)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(tái)站的建設(shè)場(chǎng)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(tái)站天線的維護(hù)保養(yǎng)

小功率短波臺(tái)站的天線在固定時(shí)，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(duì)天線的架設(shè)進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題必須及時(shí)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(tái)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(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí)間在外部環(huán)境中可能會(huì)出現(xiàn)氧化反應(yīng)，所以平時(shí)也要對(duì)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(gè)接觸點(diǎn)之間是否固定牢固，松動(dòng)之處要及時(shí)做好焊接處理，避免對(duì)天線的正常運(yùn)行造成影響。

5 結(jié)語

總而言之，我國(guó)如今對(duì)通信基礎(chǔ)建設(shè)的重視程度越來越高，國(guó)家為了推動(dòng)各個(gè)地區(qū)的發(fā)展，已經(jīng)開始加快小功率短波臺(tái)站的建設(shè)。小功率短波臺(tái)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(shí)對(duì)天線進(jìn)行維護(hù)，才能保證小功率短波臺(tái)站的正常工作。