談大功率短波寬帶天線的收發開關

郭 娜（國家新聞出版廣電總局七二五臺，山西晉中，030600）

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談大功率短波寬帶天線的收發開關

郭 娜
（國家新聞出版廣電總局七二五臺，山西晉中，030600）

摘要：本文首先研究和探討了大功率短波寬帶天線和大功率短波寬帶天線收發開關設計的意義和價值，并對一種大功率短波寬帶天線收發開關的設計展開研究和探討，為大功率短波寬帶天線收發開關的研究和設計提供資料參考。

關鍵詞：大功率；短波寬帶天線；收發開關

天線是一種實現導行波與自由空間波轉換的設備，無論是通信、廣播、電視、導航都需要天線來接受無線電波。現代軍事通信中，為了實現保密、安全的通信需求，能夠滿足調頻、擴頻等通信技術的大功率短波寬帶天線得到了廣泛的推廣和應用。近年來，隨著軍用和民航用領域對小型化大功率短波寬帶天線需求的不斷提高，很多科研人員和企業投入到大功率短波寬帶天線的研發中。而大功率短波寬帶天線的收發開關的優化設計，直接影響著寬帶天線的轉換效率、功耗及穩定性，而且還是減小天線占地面積和降低天線架設難度的重點。如何設計一種能夠滿足低功耗、小體積、高穩定性、高效率的大功率短波寬帶天線的收發開關，則成為大功率短波寬帶天線設計制造中重點研究的課題。

1 大功率短波寬帶天線收發開關概述

1.1 大功率短波寬帶天線的幾種類型

想要開展大功率短波寬帶天線的收發開關設計，就必須充分了解大功率短波寬帶天線的類型。只有明確了不同類型大功率短波寬帶天線的收發開關設計需要，才能有針對性的設計出符合要求的短波天線開關系統。隨著短波通信技術的不斷發展，現如今大功率短波寬帶天線有很多不同的類型，其中最常見的短波寬帶天線類型包含以下幾種。

1.1.1 頻率無關天線

頻率無關天線又被成為非頻變天線，這種天線物理尺寸隨著工作頻率及相應的頻率變換，而電尺寸不變，天線的性能也不會發生于頻率有關的變化。這種天線主要有兩種，第一種是天線形狀由信號發射和收發角度決定，第二種則是適當改變天線的尺寸比例。

1.1.2 旋轉對稱結構的寬帶振子天線

天線的長細比決定其帶寬，通過加粗粒子直徑我們能夠獲得帶寬的增加。因此，可以通過加粗振子直徑來展寬阻抗帶寬，但為了獲得粒子帶寬的增加，需要將圓柱形天線展開成為漸變的旋轉對稱錐形天線，這種錐形天線輸入阻抗與方向圖頻率無關，因此，有限長度的寬角錐形天線和盤錐天線具有更好的帶寬特征。

1.1.3 寬帶行波天線

行波天線是指電流或電壓分布能夠用一個或多個研同一方向傳播的行波標示的天線。這種天線有電流沿著天線表面傳播向空間敷設和在終端下加在匹配負載，吸收反射波能量兩種，其中最具代表性的就是菱形天線。

1.1.4 寬帶加載天線

寬帶加載天線將電抗元件或網絡置于天線某一部分，以實現提高天線增益或增大天線帶寬的目的。加載位置可以在天線的內部，也可以在天線的輸入端，加載點也可以使一個或多個。目前這種有源寬帶加載天線比較常見。

1.2 大功率短波寬帶天線收發開關研究的意義和價值

高頻地波雷達利用垂直極化波，在海水表面繞射傳播，能夠探測到視距以外的海上移動船只和物體。在海上探測高頻雷達中，一般采用相控陣天線或交叉環天線。這兩種天線由于功率要求較大，因而其口徑和外形十分巨大，不僅建設資金消耗量大，而且對建設場地還有嚴格的要求。正因如此，這種天線并不適合信息化和機械化現代軍隊發展對天線便攜性的需求，必須通過一定的技術處理，實現天線的便攜，才能增加安全性和使用效率。

為了實現這一目的，近年來關于大功率短波寬帶天線和收發開關的研究很多，但主要還是適用于微波雷達和微波通信，這種小功率的新產品，并不能用于大功率雷達上。受技術影響，國內應用于短波段的大功率收發開關研究比較少。但也出現了通過式大功率收發開關等優秀產品，這類收發開關解決了調頻干擾設備中收發功用的難題，但其信號轉換時間卻過長。還有一種高頻地波雷達OSMAR2000收發開關，雖然電路簡單，但其門控脈沖電路卻比較復雜而且長時間工作容易燒毀，并且還有著硬件系統不穩定、工作時長短、系統復雜，信號轉換時間長、噪音大等問題。

最近有科研單位研究了一種高頻雷達大功率短波寬帶收發開關，這種收發開關利用高頻地波雷達的單極子作為收發通道，使其中的交叉環作為接收通道，實現了由一根天線三收收發的公用，不僅使高頻地波雷達系統變得更加簡單，而且天線的架設也更容易。這種大功率短波寬帶天線的收發開關使用了新的硬件系統，滿足了大功率短波雷達長時間工作的需求，該研究以一種快速穩定工作的開關脈沖生成電路作為保護電路，系統能夠穩定、可靠、長時間的工作，并具有更高的使用穩定性、更短的信號轉換時間、更小的功率和耕地的功耗。

2 一種大功率短波寬帶天線收發開關設計

本文對一種比較優秀的大功率短波寬帶天線收發開關進行設計探討，為大功率短波收發開關的設計提供參考。

2.1 大功率短波寬帶收發開關系統結構及功能

這種大功率短波寬帶收發開關主要包括保護電路、單極性脈沖電路和開關電路三個部分。開關電路分為發射機到天線的發射電路和天線到接收機的接收電路兩部分。為了提高收發開關的安全性，采用保護電路為防雷電保護或過流保護，并用單極性脈沖電路為收發共用提供門控大脈沖，系統整體架構如圖一所示。當雷達工作時，這種大功率短波寬帶收發開關能夠快速、穩定、可靠的實現發射期與接收期之間的切換。

（圖一）大功率短波發射機開關系統

2.2 大功率短波寬帶收發開關的開關電路

開關電路由發射機到天線的發射電路和天線到接收機的接收電路兩部分組成，如圖二所示．在開關電路中，兩個PIN 管組成對稱式雙 PIN二極管結構，其兩端為穩定的12V 直流電壓，中間為單極性脈沖電路提供的單極性脈沖電壓， 這種電路結構不僅提高了隔離度， 而且有效地抑制了脈沖電壓對電路充電和放電，使控制脈沖的前后邊沿更陡峭， 從而明顯地提高了開關速度，并且較大的正負偏壓進一步提高了開關的速度。

在發射期： 由圖（a）所示單極性脈沖電路產生的TP為 0V ，TB1為240V，TB2為24V， 此時，D11和D12均正偏，呈現電阻特性，大功率發射信號以很小的插入損耗進入天線；D21和D22均反偏，呈現電容特性，由于反偏電壓很大，容值很小約為0.62PF，因此保護了接收機；D3反偏，D4、D5、D6、D7均正偏，整個接收支路對發射信號的隔離度達到98dB，從而使發射信號以很小的損耗進入天線。

在接收期，由a所示單極性脈沖電路產生的TP為12V ，TB1為0V，TB2為0V，此時， D11和D12均反偏，呈現電容特性，容值很小，約為2pF，對由天線接收的回波信號呈現一個較大的阻抗，從而使小功率回波信號在發射支路被阻斷；D21、D22、D3均正偏，呈現電阻特性，正偏電流均為60mA，阻值約為0.7Ω，從而使小功率回波信號以很小的傳輸損耗經接收支路進入接收機。

2.3 大功率短波寬帶收發開關的單極脈沖電路

單機性脈沖電路為本系統的核心，為開關電路提供門控脈沖，通過控制PIN二極管的偏置極性，實現大功率短波寬帶收發開關發射期和接收期的交替工作。

綜上所述，大功率短波寬帶天線收發開關的研制，對大功率短波收發機天線的便攜性提高具有重要意義。本論文中談到的大功率短波寬帶收發開關實現了一根天線收發共用的目的，有效的降低了天線占地面積和架設難度，具有一定的推廣和應用價值。

參考文獻

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［2］邱芬.DF100A型短波發射機天線交換開關的改造與維護［J］.內蒙古廣播與電視技術， 2011（3）︰52-53.

（圖二）大功率短波寬帶天線收發開關電路示意圖

On the receiving and transmitting switch of high power short wave broadband antenna

Guo Na
（state press and Publication Administration of radio and television seven two five Jinzhong Shanxi 030600）

Abstract：First，this paper studies and discusses the significance and value of high power shortwave broadband antenna and high power shortwave broadband antenna transceiver switch design，and the design of a high power shortwave broadband antenna duplexer launches the research and the discussion，providing references for the research and design of high power shortwave broadband antenna duplexer.

Keywords：high power；short wave broadband antenna；transmit and receive switch