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標(biāo)題: 談?wù)劷嚯x盲區(qū)和無(wú)盲區(qū)天線 [打印本頁(yè)]

作者: wuxiandi 時(shí)間: 2015-4-7 02:37
標(biāo)題: 談?wù)劷嚯x盲區(qū)和無(wú)盲區(qū)天線
一、短波近距離盲區(qū)的概念
　　短波近距離盲區(qū)已經(jīng)不是新鮮話題了，很多愛好者和使用單位常遇到盲區(qū)問題，但是不清楚怎樣解決。撰寫本文的目的，一是澄清對(duì)盲區(qū)的認(rèn)識(shí)，二是介紹解決盲區(qū)的方法。
　　短波近距離盲區(qū)是指地波傳播終點(diǎn)與天波最近落地點(diǎn)之間的一段難于通信的區(qū)域，根據(jù)不同地況，大約在10公里至100公里之間。這段距離是軍事或民用通信非常重要的區(qū)域，例如人民防空、抗震抗洪、森林防火等，都是圍繞城市或者是圍繞野外指揮中心開展通信保障。因此，短波臺(tái)站在近距離盲區(qū)內(nèi)能通得上，是很多用戶的迫切要求。
　　盲區(qū)是怎樣產(chǎn)生的
　　下面以短波車載通信使用最多的鞭天線為例說(shuō)明盲區(qū)原理。

　　從鞭天線的方向圖可以看出它在高仰角方向幾乎沒有輻射，對(duì)電離層的入射角基本是在70°以下。這種輻射角度適合中遠(yuǎn)距離通信。由于高仰角方向幾乎無(wú)輻射，天波第一跳落地就到了一百公里之外，一百公里以內(nèi)無(wú)天波信號(hào)。
　　另一方面，短波地波傳播由于陸地地面的吸收而逐漸減弱，到十多公里就沒有了。顯然在十多公里至一百公里之間出現(xiàn)了盲區(qū)。
　　地波傳播距離與地面電導(dǎo)率有直接關(guān)系，上面講的十多公里主要指我國(guó)北方地區(qū)，南方地區(qū)水網(wǎng)密集，地面潮濕，地波傳播遠(yuǎn)一些，大約可達(dá)20~40公里，因此盲區(qū)范圍比北方小。最好的是海面，由于電導(dǎo)率很高，地波沿海面可傳播上百海里，因此船對(duì)船通信不存在盲區(qū)。但是如果岸臺(tái)距離海邊較遠(yuǎn)，船對(duì)岸通信還會(huì)有盲區(qū)。
　　由上可見，盲區(qū)與天線類型和地理?xiàng)l件二者密切相關(guān)，其中天線是核心問題。考慮到延長(zhǎng)地波距離很困難，從這個(gè)意義上可以認(rèn)為主要是某些天線的“輻射仰角盲區(qū)”造成了通信盲區(qū)。
　　此外，特定天線的輻射仰角在不同頻率和不同架設(shè)情況下有很大差異，這兩項(xiàng)也是影響盲區(qū)的重要因素。
　　根據(jù)短波盲區(qū)的形成原理，實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)通信的最佳途徑是國(guó)外所說(shuō)的NVIS（Near Vertical Incidence Skywave）傳播，意即：天波高仰角入射。目的是縮短天波第一跳反射的落地距離。

　　順便說(shuō)一句，短波車載鞭天線，無(wú)論是誰(shuí)家制造，無(wú)論怎樣變形改造，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的NVIS傳播，因此不可能消除盲區(qū)。鞭天線向車頂拉彎可以微量增加天波垂直入射，但對(duì)盲區(qū)通信的改善并不明顯。宣傳鞭天線能消除盲區(qū)是誤導(dǎo)用戶。
　　不僅僅是鞭天線，多數(shù)短波車載天線沒有高仰角輻射，都有盲區(qū)。某些基站天線也存在盲區(qū)問題。

二、解決盲區(qū)用什么天線
1．基站無(wú)盲區(qū)天線
　　粗略而言，地波類短波天線主要產(chǎn)生中低仰角輻射，天波類短波天線架設(shè)高度合適能夠產(chǎn)生高仰角輻射，因此無(wú)盲區(qū)基站天線首先要選擇天波類天線。典型的天波類基站天線包括三線式天線、帳篷形天線、三角組合全向全角天線等，無(wú)盲區(qū)基站天線的選擇余地較大。
　　以下重點(diǎn)介紹性能和價(jià)格綜合優(yōu)勢(shì)很好的三線式天線。這種天線在上世紀(jì)九十年代中期由我公司引進(jìn)國(guó)內(nèi)，最初是德國(guó)和澳大利亞幾個(gè)廠家生產(chǎn)，此后包括我公司在內(nèi)的一些企業(yè)也開始生產(chǎn)三線天線。這種天線近年來(lái)在軍隊(duì)和地方呈現(xiàn)普及之勢(shì)，被視為普通雙極寬帶天線和籠形天線的升級(jí)換代產(chǎn)品。
　　三線天線的優(yōu)勢(shì)是：通信仰角全面，兼顧全向和定向，輻射效率高，可以選擇平拉或倒V架設(shè)，架設(shè)狀態(tài)平穩(wěn)，價(jià)格比較便宜等。本文重點(diǎn)介紹它在消除盲區(qū)方面的特性。

　　三線天線占地不算大，其中倒Ｖ架設(shè)占地更小。以我公司生產(chǎn)的AB230系列三線天線為例，30米振子架高12米時(shí)落地長(zhǎng)度約18米，25米振子架高10米時(shí)落地長(zhǎng)度約16米，適合較小場(chǎng)地。

　　頻率選擇方面，平拉架設(shè)時(shí)用9MHz以下，在高仰角方向呈現(xiàn)全向特征，隨著頻率提高，高仰角方向圖逐漸減弱，方向性漸強(qiáng)；倒V架設(shè)時(shí)用12MHz以下，在中仰角至高仰角方向都呈現(xiàn)全向特征。由此可見，三線天線無(wú)論平拉或倒V架設(shè)，都可以理想地實(shí)現(xiàn)近距離無(wú)盲區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，平拉主要用于1000公里以上遠(yuǎn)距離定向通信，兼顧近距離通信；倒V主要用于0~1000公里全向通信。

2．無(wú)盲區(qū)野外快速寬帶天線
　　愛好者和野外工作人員，用一副簡(jiǎn)單的AP20型寬帶快速天線就能夠?qū)崿F(xiàn)0~1000公里無(wú)盲區(qū)通信。詳閱《現(xiàn)代通信》雜志第二期的文章。AP20天線分為個(gè)人攜帶型和車載備用型兩種，可以根據(jù)需要選配。

3．無(wú)盲區(qū)車載天線
　　車載無(wú)盲區(qū)動(dòng)中通的難度最大。這是因?yàn)檐嚿蠠o(wú)法安裝大型天波天線，而且天線常常不能按照技術(shù)要求架設(shè)。
　　對(duì)于多數(shù)車輛來(lái)說(shuō)，動(dòng)中通只能采用高能半環(huán)天線，下面將重點(diǎn)介紹。還有幾種大型車載無(wú)盲區(qū)天線（例如柵格天線）也能實(shí)現(xiàn)NVIS傳播，但只能用于大型專用車輛，這里就不介紹了。

三、ML-91半環(huán)無(wú)盲區(qū)車載天線

　　ML-91是目前國(guó)際上高能半環(huán)天線的代表產(chǎn)品，屬于單體電磁環(huán)天線，因?yàn)樘炀€環(huán)的外觀像半個(gè)環(huán)形，故稱為半環(huán)天線。
　　高能半環(huán)天線包含“半環(huán)”和“高能”兩個(gè)概念，半環(huán)形態(tài)提供天波垂直入射條件，高能則是通過(guò)特殊調(diào)諧裝置在天線環(huán)上產(chǎn)生特定頻點(diǎn)的高頻電流峰值，二者缺少任何一個(gè)，都不能實(shí)現(xiàn)NVIS傳播。

　　半環(huán)天線體
　　半環(huán)天線本體由一副行李架狀的鋁合金基架和與之垂直的鋁合金半環(huán)構(gòu)成一個(gè)完整的閉合環(huán)，電磁波圍繞天線環(huán)輻射，并借助基架強(qiáng)化垂直輻射，在高仰角和中仰角區(qū)域（90°~40°）形成對(duì)空“噴涌”狀的方向圖，天波反射回到地面后，完全覆蓋半徑500公里的全部區(qū)域，當(dāng)然也覆蓋了100公里內(nèi)的區(qū)域。

　　
　　特殊調(diào)諧裝置
　　ML-91天線的調(diào)諧方式是在天線環(huán)路上串接一個(gè)特殊的大功率調(diào)諧器，以微處理器檢測(cè)特定頻點(diǎn)的高頻電流值，控制調(diào)諧器進(jìn)行精確調(diào)諧，使半環(huán)振子產(chǎn)生高頻電流峰值，獲得最大的天波入射能量。
　　近兩年出現(xiàn)了仿制的半環(huán)天線，外觀與ML-91近似。這些仿制半環(huán)天線的天調(diào)都是通過(guò)檢測(cè)電壓駐波比（VSWR）實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，然而駐波比最小不等于電流達(dá)到峰值，就是說(shuō)沒有實(shí)現(xiàn)“高能”，因此這些天線的盲區(qū)通信效果比鞭天線沒有明顯改善。
　　我們?cè)?jīng)在30~60公里內(nèi)試用數(shù)字化天調(diào)（檢測(cè)駐波比）替代ML-91的原配天調(diào)，當(dāng)駐波比達(dá)到1.1:1以下極理想狀態(tài)時(shí)，幾乎不能通信。然后換回ML-91原配天調(diào)，信號(hào)立刻達(dá)到4級(jí)以上。多次類似試驗(yàn)非常清楚地說(shuō)明了“高能”對(duì)于半環(huán)天線的意義。
　　區(qū)分半環(huán)天線是否高能其實(shí)很簡(jiǎn)單，看一下天線標(biāo)稱的頻率范圍，如果標(biāo)稱2~30MHz，肯定用的是電壓檢測(cè)式天調(diào)。ML-91天線的調(diào)諧頻率最高到12.6MHz，這是電路原理限制使然。但這個(gè)頻率范圍已經(jīng)完全滿足0~1000公里的通信要求。實(shí)際上超過(guò)13MHz的垂直入射天波大部分會(huì)穿透電離層，很少返回地面。

　　除了克服盲區(qū)，ML-91天線還有以下特點(diǎn)：
　　a. 即時(shí)可用頻段很寬
　　一般短波車載天線受電離層高度變化的影響很大，故在特定時(shí)間、天候、距離等條件下，即時(shí)可用頻段一般只有0.5~1MHz。ML-91天線因?yàn)槭歉哐鼋禽椛洌茈婋x層高度變化的影響很小，即時(shí)可用頻段達(dá)4~5MHz，頻段內(nèi)每個(gè)頻點(diǎn)都可以正常通信，而且日頻夜頻差別不大（使用其它天線，日夜頻約相差一半），因此不必為選頻傷腦筋。
　　b. 隔絕了車體噪聲
　　常見短波車載天線的天調(diào)，其接地線都必須導(dǎo)通連接車體，導(dǎo)致車體的各種噪聲源饋入電臺(tái)，例如汽車發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火和電控裝置、風(fēng)扇、空調(diào)、電子和通信設(shè)備的噪聲，以及機(jī)械振動(dòng)和摩擦噪聲等。這些噪聲源惡化了通信背景。
　　ML-91天線與車體絕緣，屬于“懸浮安裝”，因此完全隔絕了車體噪聲源，信號(hào)背景非常干凈。
　　c. 接收信號(hào)上佳
　　ML-91天線的接收質(zhì)量明顯優(yōu)于其它車載天線。這是因?yàn)椋鄶?shù)車載天線的調(diào)諧裝置串接天線與電臺(tái)之間，而且射頻引線靠近車體，對(duì)接收信號(hào)造成衰減。ML-91天線的調(diào)諧裝置位于天線環(huán)路中間，對(duì)信號(hào)無(wú)衰減，此外半環(huán)振子和基架作為接收載體，接收表面積比鞭天線大得多。實(shí)際收聽信號(hào)清晰悅耳。
　　d. 廣泛的極化適應(yīng)性
　　ML-91天線可以同任何種類任何極化方式的天線良好對(duì)通，包括常用的三線、籠形、雙極等基站天線，鞭狀、環(huán)狀車載天線等。
　　e. 電臺(tái)不需要大功率
　　短波車載通信為了彌補(bǔ)天線的不足，都要求電臺(tái)發(fā)射功率不低于100W。而ML-91天線只需電臺(tái)提供30W~50W功率，信號(hào)就可以達(dá)到3級(jí)以上。

　　ML-91半環(huán)天線的實(shí)際通信效果
　　最近五六年時(shí)間，我們組織或參與了很多次ML-91天線在不同地點(diǎn)各種地況下的實(shí)通，并參照很多使用單位反饋的情況，對(duì)ML-91天線的實(shí)通效果總括如下：
　　0~500公里為ML-91天線的高仰角通信區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)無(wú)方向性，信號(hào)在100公里內(nèi)通常3級(jí)以上，100~500公里通常4級(jí)以上。
　　500~1000公里之間，ML-91天線有弱方向性，順環(huán)方向輻射強(qiáng)，但實(shí)通中方向感并不明顯。
　　車輛時(shí)速120公里，ML-91天線通信正常。
　　基站對(duì)ML-91車臺(tái)之間，以及安裝ML-91天線的車輛之間，保持不間斷運(yùn)動(dòng)中通信。
　　以我公司在2007年進(jìn)行的一次地域最廣的實(shí)通測(cè)試為例，從北京出發(fā)經(jīng)石家莊、太原、西安、寶雞，經(jīng)秦嶺進(jìn)成都，返程經(jīng)重慶及湖北、河南、河北省返回北京，全程無(wú)論晝夜，信號(hào)從未低于3級(jí)，多數(shù)時(shí)間保持4級(jí)以上。

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