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【网安学术】短波通信中基站天线选择和架设的重要性

通信技术编辑部2018-12-05 15:57:12




摘要:短波通信由于设备使用方便、通信组网灵活、价格相对低廉、系统抗毁性强等特点,成为海上舰艇与指挥中心、岸站之间的重要通信方式。短波通信的畅通与否直接决定处理突发事件的通信保障能力。如何使短波通信始终处于优良状态,是通信技术保障人员着力解决的问题。短波通信系统主要由收发信机、天线和各种终端设备组成。本文着重对短波通信中基站天线的分类、选择、架设等内容进行分析,以期提供借鉴。



正文内容:

0 引 言

短波通信基于建设和维护费用相对较低、无须中继、抗毁性强等特点,已经成为世界各国中、远程通信的重要通信方式和保底通信手段。

在实际使用中,影响短波通信效果的因素有很多,如自然环境等,而短波天线是人类可控的重要影响因素之一[1]。当通信质量不好时,很多人习惯于从电台找原因,往往忽视了与之相关的天线。本文将从短波基站天线的类型、选择和架设等方面,进行详细分析。


1 短波天线的分类

从短波传播方式出发,短波天线可以分为地波天线和天波天线。

地波天线以地波形式发射的电磁波是全方向的,主要有鞭状天线、T型天线等。图1为鞭状天线示例。地波天线适用于近距离通信。地波天线的通信质量主要取决于天线架设高度和地网品质。天线架设得越高,地网品质越好[2],天线的发射效率越高,通信质量越好。地波天线的最佳架设高度是波长的一半,此时发射效率最高。

天波天线以天波形式发射电磁波,包括定向型和全向型两种。全向型天波天线主要有倒V天线(如图2所示)、角笼型天线等。定向型天波天线主要有双极天线、对数周期天线等。定向型天波天线以一个方向或两个方向发射电磁波,用架设高度控制发射仰角。全向型天波天线全方位发射电磁波,以架设高度和斜度控制发射仰角[3]。


2 短波天线的合理选择

合理、正确地选择短波天线,对通信效果具有关键作用。一般考虑4个方面的因素来决定使用何种天线。

(1)通信对象的特点。固定站与固定站之间进行通信时,选用定向、高增益的短波天线,如双极天线。固定站与移动站之间进行通信时,由于移动站处于运动中,通信方向不固定,所以中心站的天线应选用全向地波天线,如配有天线调谐器的鞭状天线。

(2)用途。近距离固定通信时,一般选择地波天线或者天波高仰角天线;点对点通信或者方向性通信时,一般选择天波方向性天线;车载通信或个人通信时,一般选择小型鞭状天线,便于安装架设。

(3)天线的架设条件。场地较为空旷时,可按用途选择合理的天线类型。车载通信时,车的体积小,不可能使用长天线,所以必须从合理选择天线形态和架设位置等方面来考虑,尽量利用车身的反射。船载通信与车载通信相比困难小,一是因为船体长,便于架设天、地波兼顾的斜天线,二是海面地波传得远,船离基地岸站的距离也较远,不易处在通信盲区。但是,船载天线要求抗风强度高、抗腐蚀能力强。

(4)干扰影响。如果存在干扰因素,则在选择天线时建议采用高增益、方向性强的对数周期天线。较常发生的干扰是电台干扰,指工作在当前工作频率附近的无线电台的干扰,包括敌方有意识的电子干扰。


3 基站短波天线的架设

基站短波天线架设的好坏,直接影响通信效果。架设时主要要考虑影响因素、通信方向、场地的选择、防雷措施等方面。

3.1 主要影响因素

3.1.1 遮挡

在天线的周围如果存在遮挡物,会对通信效果造成较大影响。不同高度的遮挡物,可以描述为两个重要要素:与天线的距离和仰角大小。具体的影响程度可以参照表1。

在设计短波天线场时,通常要求在一个波长范围内无遮挡物,而一个波长范围外的遮挡物对天线的仰角要小于10°。

一般情况下,短波通信经常使用的频率集中在3~18 MHz。以3 MHz为例,可以计算出在该频率时对应的波长大小:

3.1.2 高、低压线

高压架空输电线路的无线电干扰可分为有源干扰和无缘干扰两类。

(1)有源干扰(即线路在送电状态)主要集中在中、短波段,由导线的电晕产生。它对无线电的干扰主要来自绝缘子表面的放电和绝缘子、金具串接不良产生的火花放电。电晕干扰的脉冲重复率高(即持续时间长),火花干扰的脉冲重复率低。有源干扰场强随频率的增加而迅速减小,20 MHz以上就比较弱了。对高压电线的有源干扰,主要集中在中、短波段。

(2)无缘干扰(线路不送电的情况下)主要由送电线路铁塔的二次辐射产生,与被影响信号的频率、相对位置等因素相关。对于高压电线的无缘干扰,主要是用户在输电线路铁塔附近使用时,在接收信号的同时,也会接收到经铁塔发射过来的多径信号,从而造成影响。

所以,为避免高、低压线对短波通信的影响,一般短波天线与输电线的间隔都应尽量大于200 m。

3.2 通信方向考虑

天线的架设一定要满足通信方向的要求。下面通过对短波中使用最频繁的三类天线的分析,来说明如何考虑通信方向。

3.2.1 鞭状短波天线

鞭状天线是全向天线,架设时没有太多方向要求,但必须保证在主通信方向上没有遮挡物。图3为鞭状短波天线的方向性示例。

3.2.2 倒V短波天线

倒V架设是三线式短波天线的一种架设方式,可以近似认为是全向天线,垂直于天线振子所在平面的方向上的传输能力略强于其他方向。图4为倒V天线的俯视图。

图5、图6分别为倒V天线在不同仰角时的方向性示意图,可以更加直观观察出倒V天线的方向性。

3.2.3 半环天线

半环天线具有较强的方向性,使用时必须注意主通信方向应垂直于半环天线所在的平面[4],如图7所示。

3.3 架设场地和馈线选择

天线的架设位置以开阔的地面为好,没有条件时也可以架在楼顶。天线高度指天线发射体与地面或楼顶的相对高度。架在楼顶时,高度应以楼顶与天线发射体之间的距离计算,不是按楼顶与地面的高度计算。

电台使用射频线缆与短波天线进行连接。选用射频线缆时应注意两项指标:一是阻抗,一般为标准的50Ω;二是最高使用频率的衰耗值要小。一般情况下,射频电缆直径越粗,衰减越小,传输功率容量越大。实际使用中,100 W级的短波电台,可选用SYV-50-5或SYV-50-7的射频电缆。天线在进行安装选位和布设时,应尽量缩短馈线长度,通常要求馈线长度控制在30 m以内。如果因为场地条件限制必须延长馈线,则应采用更大直径、低损耗电缆。另外,布设电缆应尽量减少弯曲。如果必须歪曲,则弯曲后的角度不得小于120°。

3.4 防雷和天线地网

3.4.1 防雷

天线场的建设在短波通信工程建设中占有非常重要的地位,而天线场的防雷措施是否完善,直接关系到天线能否正常、安全地工作。天线场的天馈线杆塔、高频馈电线都有遭受雷电袭击的可能。

雷电放电是通过多种渠道进入天馈线或设备的,其对天馈线或设备产生危害的形式也是多样的。GB50057-94规定,建筑物防雷分为3类,Ⅰ类最高。天线场的防雷措施一般参照Ⅱ类防雷保护标准[5]。

防雷系统一般由避雷针、接地线和接地体三部分组成。

(1)接。避雷针将一定范围的雷电接到自己身上来。采用国际电工委员会(IEC)推荐的滚球法,取45 m滚球半径,计算天线场避雷针的保护范围。

(2)传。正常情况下,接地线不载流;雷击时,接地线将雷电传送到接地装置,所以要求接地线有足够大的截面积和最短途径,一般采用宽铜带线。

(3)送。接地体是埋设在地中直接与大地接触做散流的金属导体。接地系统的关键是埋在地下的接地装置。接地装置的复杂程度主要取决于土壤的性质,这是特别重要的一环,也是最花钱、最费工时和材料的一环。

3.4.2 天线地网

铺设地网是行之有效减小地电阻和提高天线辐射效率的好办法。因为良好的地网能为天线的电流回路中的地电流回路提供一个良好的通路,从而有效提高天线的辐射效率。


4 结 语

短波电台在海警执勤、部队通信保障等使用中具有非常重要的作用。尽管短波通信从理论到实际应用复杂多变,但只要熟悉天线的使用、安装、架设规律,再配合电台的正确使用和对短波通信规律的掌握,就能把通信保障提高到更高水平。


参考文献:

[1] 闻映红.天线与电波传播理论[M].北京:北京交通大学出版社,2007.

[2] 高诚德,王春光.短波发射天线系统维护方法探讨[J]. 中国科技信息,2010,(04):116-117.

[3] 张乐宇,孙严冬.三线式宽频带短波天线[J].公安海警高等专科学校学报,2009,8(01):13-14.

[4] 李引凡.短波车载半环天线仿真分析[J].重庆工商大学学报:自然科学版,2015,32(09):63-67.

[5] 王东权,王鹏.短波通信天线场防雷保护技术研究[J].军事通信技术,2010,31(01):47-50.



作者:牛吉凌,罗 宇,赵 杨,金小艳

单位:中国电子科技集团公司第三十研究所,四川 成都 610041

作者简介:牛吉凌,男,硕士,工程师,主要研究方向为电路与系统、射频微波等;

罗 宇,男,硕士,工程师,主要研究方向为短波通信系统、软件工程;

赵 杨,女,硕士,工程师,主要研究方向为硬件电路、微波通信等;

金小艳,女,学士,工程师,主要研究方向为短波通信系统、软件工程。

本文刊登在《通信技术》2018年第1期(转载请注明出处,否则禁止转载)














































































































































































































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