天线在短波通信中的应用

2020-11-26何建璋

通信电源技术 2020年15期

何建璋

（广州海格通信集团股份有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着智能移动设备的普及、现代信息技术和安卓系统的迅速发展和逐渐完善，人们对数据传输的要求越来越高。移动设备和无线通信技术在社会自动化、信息化以及智能化发展中具有重要作用。其中，短波天线承担着短波波段的发射和接收任务。随着短波天线的不断更新和完善，它在很多领域仍然具有较大优势，很好地避免了二次传递，更好地实现了远距离无线通信信号的传播[1]。

1 短波天线概述

短波天线的常见部署形式主要有外置和内置两种[2]。其中，根据天线设备的组成和部署安置的位置，可以将外置短波天线分成菱形、对称鱼骨形以及角型等类型。因为内置短波天线的绕线在磁棒上，所以内置短波天线属于磁性天线。在内置和外置短波天线的应用过程中，外置天线具有方向性能好和工作效率高的特点，而且在运用中辐射电阻更大、增益效果更好，在移动通信中得到了应用广泛。

地区不同，部署的设备也千差万别，不同设备内部的结构也不尽相同。因此，想要让设备在各种环境中良好应用和保持优异性能，需综合考虑自然灾害、人工操作以及设备自身优劣势等情况，保证各类型故障发生时能够得到有效和及时处理[3]。该过程需要通过先进的技术和方法来保障对短波天线的监控和管理，有效保障和延长短波天线的使用寿命，提高移动通信的效率和性能，降低通信的成本。

2 短波传播原理分析

随着无线电通信技术的发展，无线电通信技术目前主要包括长波、中波、短波以及微波等多种形式[3]。其中，短波通信的频率是3～30 MHz，主要通过电离大气层发射，需要经过一到两次反射传播。该过程中不需要中转站，传播距离远。短波传播也能够有效利用地波实现近距离传播，传播原理如图1所示。

图1 短波传播原理图

短波最主要的传播方式有地波传播和天波传播，在地球表面的传播形式为无线电波，但是在传播过程中由于地面的吸收会导致信号发生一定的衰减[4]。衰减程度受波长影响，波长越短，受影响程度越大。此外，在地面气压的影响下，短波在短距离传播中独具优势。天波指的是无线波在射向天空的过程中，借助电离层反射回地面的部分。天波在信息传播过程中，在电离层的反射作用下实现长距离传播，且在传播过程中的损耗相对较小。在经过和地面的多次跳跃反射后，天波能够将信息传输到更远的目的地。目前，世界各地在信息传播的过程中纷纷借助短波传播范围广的优势进行信息的传播和通信。

3 短波的特点

3.1 短波无需建立中继站

在无线电通信中，因为短波的传播机制，它的应用不需要建立通信中继站，大大节约了成本。在建设和应用过程中，它只需要搭建发信机、收信机、收发天线以及相关终端设备，就可以实现正常通信。所以，在无线电通信中，短波的建设性价比较高，且后期维护和保养过程简单，能够进一步节省支出。

3.2 通信设备体积小，质量轻

短波通信设备的体积相对较小，质量轻。随着相关技术和科技的发展，收信机、发信机以及配套的设备设施都逐渐实现了固态化和小型化，使得设备的安装、移动以及维护都更加便利。一些距离较近的设备通过小型汽车来运输，通过人力完成设置和安装，提高了运输和安装的效率。此外，随着通信技术的发展和收发天线等多种设备的应用，设备研发和生产越来越能够满足实际建设需求。短波技术和配套设备的完善，对设备安装和投入使用具有重要意义，为无线电通信的发展奠定了建设基础。

3.3 运行成本低

在实际的无线电通信应用中，短波通信传播效率较高且应用广泛，但需要的发射功率不高，消耗能量较少，所以运行成本较低。

3.4 通信范围更广

短波通信除了在短距离通信传输中具有低成本运行和维护保养便捷等优势外，在远距离传播过程中也能够依靠自身优势覆盖接近100 km的距离范围。尤其是在海洋、沙漠以及偏远山区等地方，短波通信能够借助短波接收机实现数据的实时传输和接收，为远程勘测和应急救援等提供技术支持。

4 天线在短波通信中的应用探析

短波通信网络常见的台电设施有固定台、车载电台以及便携电台[5]。它们可组建成一个完整的通信网络。短波通信网络不仅能够通过充分利用固定大型天线的优势来建立应急通信枢纽，而且能够充分发挥小型设备和便携天线的优势，利用移动设备终端保障数据的有效传递。在短波通信中，无论是固定台还是便携台，天线性能的好坏直接影响通信的质量。因此，选用天线时，要充分考虑通信的方向、传输的距离以及通信的功率等因素，选择合适的天线架构方式，满足短波通信的传输距离要求和功率条件，从而保障良好的通信效果。

4.1 固定台天线在短波通信台站中的应用

对于固定台天线而言，要保证固定台和固定台之间的通信网络传输以及固定台和车载台之间的通信网络建设。因此，需要综合考量移动通信中心的通信传输距离、车载类型以及船载需求等条件，以选取符合要求的天线类型。例如，三角组合型全方位全角天线由于结构和性能优势，能够实现水平方向的辐射和对天仰角的均匀辐射，从而满足远距离通信的需求，有效减少通信过程中的盲区。采用三角组合型全方位全角天线能够同时兼顾垂直极化波和水平极化波，较好地兼容区域范围内各个站台的多类型天线。根据行政区划来看，省会城市到边缘地区的距离较远，甚至超过1 200 km[6]。所以，建立能够覆盖全省的短波通信网络，可以结合实际和功能需求，采用三角组合型全方位全角天线。此外，高增益天线是点对点通信中常用的天线之一。高增益三线式天线具有高增益、全方位传输、全频段内驻波比小以及抗风诋毁能力强等优点，保障了通信效果。三线天线的架设过程中，可以根据通信目的地的不同，合理采用平拉架设的方式。该方式能够有效发挥宽边方向的辐射能力，满足点对点定向通信的需求。

4.2 车载电台天线在短波通信台站中的应用

车载电台在使用中具有反应迅速和便捷的优势，在短波通信传输中应用广泛，尤其是在现代车辆电台和天线上装配率较高。目前，车载短波通信台站中应用较多的是鞭状天线，具有质量轻和体积小的特点，安装相对简单便捷。它在各类型车辆中应用广泛，能够满足全方位传输要求。鞭状天线通过镜像天线效应来保障远距离传输，有效保证传输的强度和效果。鞭状天线通过竖直状态放置来实现短波的远距离传输。在近距离传输中，可以将鞭状天线放置成L形状，借助车顶的反射作用提升辐射的覆盖面和辐射的距离。另外，鞭状天线的安装位置和方式也十分重要。较为常用的是吸盘式安装方式，即将天线安装在车辆的侧角上，和车顶垂直，以进一步提高通信接收和传输的效果。

但是，鞭状天线在使用过程中还存在诸多限制因素，尤其是在10～100 km的距离范围内存在盲区。这些限制因素可以通过增加垂直辐射量来改善，常用的改善方式有采取体积较小的天线类型和改善架设方式等。

4.3 便携电台天线在短波通信台站中的应用

便携天台在短波通信中应用较多的是鞭状天线，且普遍长度较短。例如，3 m长的鞭状天线能够满足20～50 W的电台使用需求，但是其最大的传输距离却只有20 km。所以，要满足远距离传输的需求，需要及时更换快速天线。

此外，在野外通信设计中，使用较多的新型便携短波天线是单线行波天线，可保证短波通信较好的传输距离。使用单线行波天线能够保持较低的驻波比，维持较高的辐射效率，结合不同架设方式，实现全方位的通信传输。它的体积相对较小、质量轻，所以架设更加便捷和灵活。在野外临时架设天线可以架设20 m长的单线行波天线，采取斜拉架设和平拉假设的方式，分别能够辐射达到1 000 km和800～1 600 km的远距离传输，其中平拉架设的方向性较强。