短波通信天线介绍.ppt

短波通信天线介绍 国家无线电监测中心成都监测站陈良 目录 基础概念短波天线分类几种常见短波通信天线短波天线选型短波天线在使用中的常见问题 基础概念 天线 电信号无线电信号接收天线有条件互逆发射天线条件 功率容量 接收噪声系数天线能承受的最大功率负载 基础概念 工作频段 带 通信频率 点 工作频率 点 日频 夜频 夏频 冬频 主频 备频 收频 发频天馈线同轴电缆 50欧姆75欧姆 基础概念 驻波系数VSWR 1 1 馈线 发射接收机 天线匹配程度 1 5一般认为能耗较为关键的低能应用上被视为临界值 回波损耗反射功率 入射功率 14dBVSWR 1 5 输入阻抗50欧姆平衡器 天线调谐 天调 巴伦 基础概念 天线增益相等输入功率实际天线与理想电源功率密度比较增益越高电波传播的距离越远接收灵敏度高提高天线增益方法天线体积 天线结构 介质 铜 铝 有源 放大器 天线阵 方向图 基础概念 天线效率材料铜质好于铝质和铁质镀金更好 网络损耗天线支架 周围物体和大地中的电磁感应所引起的损耗方向图 方向系数离天线一定距离处 辐射场的相对场强 归一化模值 随方向变化的图形 通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示 波瓣 基础概念 主瓣 最大辐射方向上的波瓣副瓣 除主瓣以外的波瓣后瓣 位于主瓣后方的副瓣半功率波瓣宽度 3dB波瓣宽度 包含主瓣平面内 辐射功率为最大辐射功率1半的两个方向的间的夹角 前后比 主瓣最大值和后瓣最大值的比值 基础概念 极化方式电场矢量的空间指向为天线辐射电磁波极化方向HF通信相对地面水平极化垂直极化卫星通信圆极化椭圆极化 左旋右旋 大地镜像地网 接地 几点说明 很多参数相互联系相互影响反射系数驻波系数方向系数效率增益频宽不能单一的从某一参数说明天线的好坏驻波系数 1的天线是否为好天线 50欧姆的电阻完全无发射 驻波系数为1参数有时相互矛盾全向高增益宽带高增益根据需求综合衡量参数 天线分类 短波测向天线 固定站测向 短波多模多馈天线 全向宽频带天线 三种模式 可以配3个发射机同时异频工作 适合中 远 近距离通信 天线的工作效率取决于螺旋线的长度和大口直径 短波扇锥天线 应用于固定通信台站 天线具有在工作频段范围内免天线调谐 全方位 高效率等特点是固定台站对中远距离进行可靠通信的优选天线 对数周期天线 定向高增益 有方向性 增益较高 可达9 12dB 宽频带 具有阻抗特性和辐射特性与频率无关的突出有点 接收远距离信号效果较好 鱼骨天线 宽频带定向接收 相对菱形天线体积小 方向性不如菱形天线尖锐 但方向图形状较好 旁瓣数目可以很好抑制 抗干扰性强 但结构复杂建设成本高 菱形短波天线 方向性强 方向性强 方向系数可达50 100 工作频带宽 结构简单架设方便 可作为远距离通信 缺点是占用场地大 几十到上百米 天线效率低 40 70 之间 副瓣多而大 信噪比较差 笼形天线 弱定向宽频带近距离 每一臂是6 8根3mm的硬铜线 铜包钢线 排列成一个圆筒 两端用笼圈固定后逐渐缩小 最后将导线扎结一起 工作频带较宽适用于近距离通信 角形天线 宽波段弱定向近距离 属于对称天线的一类 但它的两臂不排列在一条直线上 而成90 或120 角 故称角形天线 角笼形天线 为得到宽频段特性 角形天线的双臂也可采用笼形结构 常用于近距离广播业务或备用天线 倒V天线 具有宽频带发射 结构简单 架设方便 重量轻 近距离 全向等特点 水平对称振子天线 近距离定向容易架设 由3 4mm的铜线或铜包钢线 结构简单 但增益和方向系数较差 只能做近距离通信 单线行波天线 单线行波天线由主振子 辅助振子 宽带匹配器等组成 具有快速架设 便于携带等优点 不用天调 节省携带台电池 全频段保持低驻波比 辐射效率高 最远可通1500公里以上 斜拉架设可实现高 中仰角全向通信 平拉架设可实现中 低仰角定向通信 同相水平天线 是由若干个同相馈电的水平对称振子组成的边射式平面天线阵 具有强方向性 低驻波 高增益等优点 为定向天线 可以双向辐射 也可以在振子后面加反射网单向辐射 根据仰角要求设计天线挂高 斜 拉 天线 一般指单根多股铜线 以20米为标准 结构简单 容易架设 三线式天线 水平拉方式架设主要向宽边方向辐射 用于点对点定向或点对扇面的通信 三线式天线 倒V式同时兼顾近 中 远各种距离全向通信 因此能够胜任通信网的中心站天线 三线式天线优势 结构简单三条平行振子组成不用天调高增益3 5dBi宽带2 30MHz低驻波比 2抗风能力强 形态和结构合理 性能稳定水平和倒V两种架设方式近距离和中远距离效果较好 三线式短波天线架设 平拉架设点对点和点对扇面定向通信普通天线低频时辐射方向为双球形 窄边无辐射三线平拉为椭圆形 宽边辐射更强 窄边也有一定辐射倒V架设360 全向幅射 较低频率下还能够产生高仰角幅射兼顾近 中 远各种距离兼容各种极化方式中心站天线 鞭状天线 用于移动通信 是一种垂直杆状天线 其长度一般为1 4或1 8波长 在水平面内无方向性 垂直面内低仰角辐射 适合于地波近距离通信和天波远距离通信 环形天线 是一种结构简单的天线 形状可以做成矩形 三角形或圆形等 根据天线直径与波长的比例 又分为小环和大环 在短波移动通信中 只使用小环天线 业务应用 常用短波天线性能 短波天线选型 固定站之间通信固定站和移动车通信近距离通信远距离通信占地面积 地理环境成本 包括维护成本 短波天线在使用中的常见问题 防干扰 天线架设前需要测试当地电磁环境 选择电磁环境较好的场地 尤其是要注意工作频点上是否有其他电磁干扰 天线场地 空旷地 不要接近建筑物 高土坎或架空电线忌讳高大建筑物和高压输出电线架设在山上或山附近考虑高山对电磁波的吸收不接近高大树木考虑使用双极 笼形天线主臂远离树木力求做到在保护距离内无阻挡例如某单位三线式天线架设在办公楼顶 四周被高楼包围 造成无法通信 更换开阔的天线架设地点以后 问题得以解决 避免发射天线距离过近 天线距离较近会引起互调干扰例如某大型短波广播电台 在试运行期间发生过由于2付天线距离不够 发射频率又相近 一部发射机的功率通过天线耦合到另一发射机内 引起发射机互调 互调产物影响到航空导航频率 这种情况下调整天线间距或加装单向器 就能有效排除干扰 天馈线 尽量选用质量较好的产品降低电磁干扰 提高收发信号质量一定机械强度 避免损坏可靠安装注意接头污垢 进水 绑扎不牢 久经风吹雨打造成密封处断裂驻波比上升 甚至于损坏发射设备 防雷与接地 天线应做防雷措施 天线置于直击雷防护区域 同时馈线加SPD防雷管 天线铁搭及馈线金属外壳部分必须做好接地处理 接地网良好 每年雷雨来临季节做好维护检查 雷电天气尽量不使用 防止雷电引入损坏接收机或有源天线 接地可使用铜板 铜棒深埋入地下 如果有冻土 需在冻土以下 如果大地接地电阻较高 需要做降阻处理 接地电阻不应大于4欧姆馈线不应与铁塔连接 应做绝缘处理 架设高度及方向 架设高度一般会影响发射和接收天线的仰角 应根据不同天线类型和通信站之间的距离及电离层高度等参数计算天线架设的高度 施工过程还要根据实际情况调整天线架设高度 倾斜面架设增大仰角 降低天线高度对于有方向性通信的天线 有时需要1对1或1对多要求的 把握的原则是尽量将天线主瓣对准主站 考虑天气的影响 大风 暴雨 严寒 酷暑等天气需要天线及馈线不能拉的太紧 同时一定的张力 防止天线及馈线损坏 安全性 架设天线需要考虑安全性 包括 人员安全 材料安全 设计安全 人员需要攀高 需携带进行安全绳作业 建议咨询有经验的高空作业人员 材料选用结实的钢制及铝制材料和导电性好的铜质材料 材料要防腐防锈 天线易于维护等因素 工作频率的选择 需要根据天线的类型 日夜及夏冬 通信距离选择合适的通信频率 随工作频率升高 电离层吸收减少 穿透电离层的高度也越高 传播距离也愈远 电源对通信质