短波天線工程設計實踐*

周 波，熊宗炬，蔣耀樓，陳 震

（西昌衛星發射中心，四川 西昌 615000）

0 引 言

1 短波天線工程設計

近年來，隨著我國經濟的高速發展，短波通信作為國家電信應急通信和軍隊應急通信的重要通信手段發展迅速。短波天線工程是短波收發信臺固定臺站開設的重要組成部分，對短波通信效能有很重要的影響。本文通過論述短波天線工程設計的一般規律，結合工程建設實例，探討短波天線工程建設的要點、原則及理論依據。[1]

短波天線工程，是短波收發信臺總體工程設計的重要項目之一，在機房改造與設備更新中廣泛運用。短波天線工程的實施主要有天線工程設計可行性研究、天線選型、工程設計、安裝調試以及開通驗收等階段。在短波天線工程設計過程中，最重要的是要明確短波天線工程設計的幾大要素。短波天線工程設計要素包括通信臺站臺址選擇、天線選型原則、設計依據、天線場地選擇、天線布局及天線設計步驟等。[2]

1.1 短波通信臺站臺址選擇

短波天線收、發信臺臺址選擇應根據建臺目的、上級意圖、技術要求等兼顧考慮以下原則。

1.1.1 臺址與人為干擾源的距離要求

發信臺為防止對友鄰電信等設施產生干擾，應距飛機場制空區邊緣3 km 以上；距城鎮居民區2 km以上；收信臺應距大型工廠、高頻電爐和振蕩式熔焊機、有電容器式X 光透視機的醫院3 km 以上，距電氣化鐵路2 km 以上，距35 kV 以下電力線500 m以上，35 ～110 kV 電力線1 km 以上，110 kV 以上電力線2 km 以上；距高速公路250 km 以上。

1.1.2 氣象條件

應參考當地氣象，如30 年內極高極低氣溫、極大風速、積雪、冰凌厚度、最大年降水量等；應避開多雪區以及洪水、泥石流流經區域。

1.1.3 地形和地質條件

平坦開闊、遠山近水的地形和潮濕地面或耕地是最理想的建臺位置，但不利于隱蔽。為滿足戰術要求，需在山地建臺時：選擇面向通信方向視野較開闊，天線輻射方向遮擋角≤3°～5°；有面向通信方向的山坡，可利用地形架設斜掛天線；也可利用跨溝谷的自然地形架設天線。

1.2 短波天線選型

短波天線的種類繁多，通信工程設計中需要選擇合適的天線。

1.2.1 天線選型需要考慮的因素

天線選型要根據發射機功率和通信距離選擇性能最佳的天線，使系統的傳輸性能達到最佳。選擇天線需要考慮以下因素。

天線的方向性：近距離通信宜采用高仰角、弱方向性天線，用低仰角天線會產生“盲區”。遠距離通信應采用低仰角強方向性天線。

天線增益：根據發射機功率和通信距離選擇天線增益，為使接收點的信噪比滿足要求，如發射機功率小，通信距離遠，應選擇高增益天線。

天線極化方式：地波（干擾）通信天線應選用垂直極化天線，因為垂直極化波沿地面傳播的損耗比水平極化小。天波天線則一般選水平極化天線。

1.2.2 天線選擇原則

根據天線性能分析可得出天線選型的一般原則。

（1）中遠距離點對點定向通信盡量選用定向天線。收、發信天線均可用菱形天線、對數周期天線、分支籠型天線；接收天線還可選用魚骨型天線。

（2）中遠距離的全向通信可選用傘錐寬帶天線或多饋多模天線。近距離全向通信可選用角雙極、角籠型天線或寬帶鞭天線。[3]

（3）如果同時需要近距離與中遠距離通信，小功率電臺要用高仰角的水平極化全向天線，如扇形寬帶雙極天線、倒V 形寬帶天線或低架籠型、分支籠型天線。大功率電臺可采用高效率的垂直天線。

（4）10 kW 以上的大功率固態發信機，沒有天調，只能采用寬帶天線。

1.3 工程設計依據

短波天線工程設計，應依據上級主管部門下達的設計任務書進行。任務書一般會對建設目的、建設地點、建設規模、通信對象、通信種類、組網方式、通信聯絡時間、工作頻段、工程完成時限及工程投資控制等提出明確要求。根據要求進行必要的可行性研究，內容包括：

（1）依據業務要求和通信對象的方位、距離，選擇適當的天線型號和天線數量；

（2）勘察選擇天線場地，作出合理的天線布局，充分發揮天線效能；

（3）采用合理的結構設計，便于架設和維護，并保證天線安全運行；

（4）經濟合理，節約占地面積；

（5）采用合理的防雷擊設計。

表1 給出了短波機房及天線的接地電阻指標要求。

表1 短波機房及天線的接地電阻指標要求

1.4 天線場地選擇和天線布局

天線應盡量靠近機房，縮短饋線距離，減小饋線損耗。菱形、魚骨型等高增益定向天線，明饋線最長不大于500 m；籠型、分支籠型天線等弱定向天線明饋線最長不大于300 m；各種程式天線應用同軸電纜直接引入機房時，長度不大于100 m。

天線前方應有足夠的平坦地面，如天線輻射方向有地物阻擋，不能達到遮擋角3°～5°的要求，則從天線幕對地的垂直投影處至障礙物的仰角，不應大于該天線所需要的發射或接收最小仰角的1/4。

天線布局應以機房為中心在四周成折線形排列。如天線數目多，可以分內外兩層布放，但內外層天線的距離應大于外層天線最大工作波長的2倍。角形天線可以近些，應大于外層天線波長的1.5倍。[4]

1.5 通信雙方距離及方位角計算方程

一般常用天線通信距離在500 km 以內時，大圓距離和通信方向角可不計算，直接在地圖上量得即可。通信距離較遠時，可用以下方法計算。

1.5.1 方位角計算公式

設甲地A 與乙地B 為預定建立通信的北半球內兩點。乙地B 為高緯度點。WB為乙地的緯度，WA為甲地的緯度，C為兩地的經度差，X為甲地指向乙地的方位角，Y為乙地指向甲地的方位角。如圖1 所示。

圖1 北半球內計算甲乙兩地距離和方位角

計算公式如下：

1.5.2 大圓距離計算公式

甲乙兩地兩地的大圓距離S，設Z代表當球體半徑為1 時大圓距離所含的圓心角，且用度數表示。

所以，甲乙兩地的距離為：

2 某地區天線工程設計實例

根據相關部門短波通信建設的要求，某單位擬增加對成都方向的無線電專網，同時作為北京方向的備份。[5]

2.1 可行性分析

2.1.1 業務需求

調整后通信業務為兩個方向：一是北京方向，每天兩次定點聯絡，建立應急專向通信，工作種類為等幅報，時間為中午2 點，晚上11 點；二是成都方向，分兩個網向，兩個網都是規定期間開通，在開通期間專網一聯絡時間為每天凌晨1～3 點和15～17 點，工作種類為等幅報，專網二要求24 小時守聽，工作種類為等幅報。

2.1.2 天線解決方案

現通信業務為兩方向三專網，需要設備3 臺套。目前，需要增加1 臺400 W 發信機的發信天線和1套100 W 電臺的收發天線，分別與成都的兩個專網實現互通。

2.1.3 計算通信距離和通信方位角

經測量和查實，建設地西昌的經度為東經102°11，緯度為北緯28°9；成都方向的經度為東經103°37，緯度為北緯30°59；北京方向的經度為東經116°46，緯度為北緯39°92。

計算西昌與成都的方位角及距離：

計算西昌與北京的方位角及距離為：

2.1.4 天線選型

根據天線選型原則，結合實際，與成都和北京屬點對點定向通信，因此選擇定向天線。這類天線有菱形天線、對數周期天線、籠型天線、分支籠型天線、水平寬帶天線以及扇形寬帶雙極天線等。筆者單位機房設備已固定上架，因此最好選擇寬帶天線，可以免調諧。再根據經費合理的原則，選擇了短波水平寬帶天線。該天線具有工作頻率寬、天線免調諧等特點，與籠型等天線比較具有明顯的技術優勢和良好的性能。

2.1.5 天線場地選擇和天線布局

根據機房周邊建筑物及地勢情況，天線場地選擇地勢較為平坦的地方，天線輻射方向無明顯地物阻擋。但是，受周邊地勢和建筑物的影響，天線不能成圓周分布，因此考慮使用內外兩層布放。圖2為天線布局圖。

2.2 天線工程實施

根據以上設計，在廠家技術員的指導下，具體實施了天線安裝。首先，進行天線桅桿架設；其次，安裝天線體，并將同軸電纜饋線引入機房；最后，制作地線做防雷處理。天線施工完成后進行駐波比測試和天線地阻測量，測量結果見表2、表3。

圖2 天線布局

表2 駐波比測試值表

表3 地線地阻值測試表

3 結 語

以上某地區天線工程設計及實施的實例，基本把握了短波天線工程設計施工的一般規律，具有一定的代表性。通過實踐可知，進行短波天線工程設計必須本著嚴謹的科學態度和刻苦的鉆研精神，認真分析每一個環節，嚴格按照程序辦事，必要的時候要到現場實地勘察進行指標測試，使其符合技術要求，經得起時間的考驗。