短波天線

工作於短波波段的發射或接收天線

工作於短波波段(1~30MHz)的發射或接收天線,統稱為短波天線。短波的傳輸按傳輸路徑不同主要分為兩種,一種是通過電離層反射,稱為天波;另一種是貼地表傳輸的地波。

簡介


由於太陽活動會對電離層造成一定的影響,所以這種方式傳輸的波長也要隨太陽活動的強弱發生變化;另一種是貼地表傳輸的地波。這種傳輸方式受相對介電常數和電導率的影響發生損耗。海水的相對介電常數和電導率都比較大,所以損耗較小,在海事通信中有較多運用。
由於短波通信不像衛星、光纖、電纜通信一樣,不需要中繼站,所以應用比較廣泛。是現代遠距離無線電通信的重要手段之一。
超遠距離(500km+)通信時,短波天線多應用鞭狀天線(Whip)。
短波盲區(20-100 km)通信時,短波天線多應用無盲區天線(NVIS antenna),多為環狀。

種類


外置

短波天線形式很多,其中應用最多的有對稱天線、同相水平天線、倍波天線、角型天線、V型天線、菱形天線、魚骨形天線等。和長波天線比較,短波天線的有效高度大,輻射電阻大,效率高,方向性良好,增益高,通頻帶寬。
四波段倒天線
四波段倒天線

內置

終端中需要內置天線,收音機中使用的是一種磁性天線,在磁棒上繞線。這類天線一般採用兩類磁性材料製造。
其一是傳統的燒結鐵氧體繞線。特點是增益高,但是太靠近電路板會導致雜訊大,電路板的雜訊也被鐵氧體拾取,導致整機信噪比下降。且不抗振,易碎裂。其二是微航系列有機磁性材料繞線製造。特點是磁性與頻率不緊密相關、信噪比高於鐵氧體的2-3db、抗摔。

工作原理


短波天線
短波天線
短波天線
短波天線
當導體上通以高頻電流時,在其周圍空間會產生電場 與磁場。按電磁場在空間的分佈特性,可分為近區,中間區,遠區。設R為空間一點距導體的距離,在 時的區域稱近區,在該區內的電磁場與導體中電流,電壓有緊密的聯繫。在 的區域稱為遠區,在該區域內電磁場能離開導體向空間傳播,它的變化相對於導體上的電流電壓就要滯后一段時間,此時傳播出去的電磁波已不與導線上的電流、電壓有直接的聯繫了,這區域的電磁場稱為輻射場。
必須指出,當導線的長度 L 遠小于波長時,輻射很微弱;導線的長度 L 增大到可與波長相比擬時,導線上的電流將大大增加,因而就能形成較強的輻射。
發射天線正是利用輻射場的這種性質,使傳送的信號經過發射天線后能夠充分地向空間輻射。如何使導體成為一個有效輻射體導系統呢?這裡我們先分析一下傳輸線上的情況,在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒有輻射,必須保證兩線結構對稱,線上對應點電流大小和方向相反,且兩線間的距離《π。要使電磁場能有效地輻射出去,就必須破壞傳輸線的這種對稱性,如採用把二導體成一定的角度分開,或是將其中一邊去掉等方法,都能使導體對稱性破壞而產生輻射。

常見問題


天線陣元間距

短波通信中,在設計陣元的間距時,如果將間距選擇為高頻段的半波長,那麼可以在高頻段得到很好的方向特性,但該間距相對於低頻段而言僅是1/20~1/10個波長,會帶來很強的耦合效應,從而使天線陣失去電掃描和定向能力;假如將陣元的間距選為較低頻段的半波長,那麼可以在低頻段有較好的效果,但對於高頻段而言,該間距可能是好幾個波長,會產生許多柵瓣,使得功率分散、主方向功率降低,進而使得天線組陣失去了意義。
因此,在架設天線陣時,陣元的間距是一個需要謹慎考慮的問題。

地面影響

一般地,研究天線特性時都是把天線放置在自由空間來分析的。而在實際情況中,尤其是短波通信總是把天線架設在地面上,而地面的影響與天線的性能密切相關。天線架設在實際地面上時,天線激發的電磁場會在地面激起電流,該電流再在空間激發起二次場,空間場是天線直接激發的場與二次場的疊加,因此,它會使天線的方向特性、阻抗特性、天線效率等發生很大的變化。
在實際工作中,可以用鏡像法來估計地面對天線的影響:把地面看成鏡面,用鏡面里對稱位置的鏡像天線來代替鏡面,把實際系統考慮為自由空間中鏡像天線和實際天線組成的系統,再計算出等效系統在上半空間的性能。此外,為了提高天線效率,也可以採用敷設地網的方式。

阻抗不匹配

無線電發信機的輸出阻抗與饋線的阻抗、饋線與天線的阻抗應達到一致。當阻抗匹配時,將獲得最大的功率傳輸;如果阻抗值不一致,發信機輸出的高頻能量將不能全部由天線發射出去。這部分沒有發射出去的能量會反射回來,產生駐波,會導致饋線的絕緣層及發信機末級功放管的損壞。