[科普中国]-超短波天线

工作于超短波波段的发射和接收天线称为超短波天线。超短波主要靠空间波传播。这种天线的形式很多，其中应用最多的分为全向和定向两种形式以及垂直和水平两种极化方式的天线。全向垂直极化的有鞭状、J式、伞状、单锥/双锥状、四振子组合天线等；定向天线分为垂直和水平两种极化的常用天线有：八木天线、十字八木天线、对数周期天线、对数周期组合天线、“蝙蝠翼”电视发射天线等。

引向天线在超短波通信中，要求天线在工作的波段内必须满足以下要求：1.天线应和馈电设备及接收设备匹配；2.高频电流能量与电磁波能量的转换效率要高；3.具有一定的增益和方向性。工作频率越高，对天线的要求越严格。通常超短波通信使用的引向天线；就是按照上面的要求设计和制作的。有的引向天线，是由方向性强、增益高的天线和实现天线与馈线相匹配的阻杭匹配器以及馈线组成天馈线系统，共同完成电磁波的收集和传送。一付带有阻抗匹配器的引向天线，在使用中常常会受到自然气侯的作用，特别是阻抗匹配器的腔体很容易进水或受潮，以致引发通信故璋1。

超短波是频率在30兆赫以上的无线电波。为了避免受到电离层和地形地貌的影响，在传送时一般较普遍地采用直接波（或称空间波）的方式传播。超短波的电磁波类似光束，具有很强的方向性，因此在超短波通信中，使用的天线也应该具有很强的方向性。自从日本人宇田及八木发明引向天线后，宇田一八木天线得到了广泛的应用，这种天线在信号的传输上具有面天线的效果，而在价格和安装使用上大大优于面天线，因此在我国电视领域和专业通信网中使用较多。其结构是在通信方向上有源振子前面加引向器，将电磁波引导到有源振子；在有源振子后面加装反向器，将电磁波反射到有源振子。这样就能聚集更多的电磁波能量到有源振子上，馈送给接收机1。

选择或设计制造通信天线的基本原则1.足够高的增益：天线增益高低反应了天线接收或发射强的大小。接收时，增益影响接收电平，增益低，信噪比下降，通信距离变短。发射时，相当于提高了辐射功率。工作频率在1000MH：以内的线天线，增益小于3db的为低增益天线。5~10db为中等增益天线，天线单元一般为3~7单元。10~15db为高增益天线，天线单元一般在10~12单元或为天线阵2。

2.良好的匹配：为了从天线上得到最大的功率，要使天线输入阻抗与馈线特性阻抗相匹配。天馈线匹配不好时，将使得天线性能—增益下降。

3.较好的方向性：当接收点存在较大的千扰源和反射波时，应当选用有较强方向性的天线。方向性越强主瓣越窄，辐射能量愈集中。在定向天线方向图中除了一个主瓣外，还有若干个辐射较踢的付瓣。一般要求付辩电乎低于15db。主瓣窄，表明方向性系数越大。半波振子天线的方向性系数为1.64。实际天线方向性系数由几到几千。现代大型天线方向性系数可达几万。

4.良好的机械特性：众所周知，民用通信天线都是工作在条件较差的室外。为了适应多变的气候和抗腐蚀性要求、确保天线电气性能，在天线设计制作时，选材要考虑耐久性。振子管子、支杆及螺栓等均采用耐腐蚀性好的铝管或黄铜管、甚至不锈钢。振子末端不进水，尤其馈源部份要有全密封的防水型措施。整个天线头（辐射体）的零、部件的表面要喷三防漆。同时对天线的体积、重量、操作等应尽量简单。并有一定安全措施2。

超短波天线及阻抗匹配器对于通信接收设备，在灵敏度确定之后，天线感应的电动势越大越好。超短波引向天线的增益，三单元的为6~8dB，四单元的为7~10dB，五单元以上的为12dB、可见当增加天线引向器数目时，天线增益也相应提高。有时为了提高天线增益，可制成十几单元的天线。但天线无源振子的数目不能无限制地增加，当无源振子增加时，有源振子的输人阻抗下降，为了制作增益高而又匹配的天线，一般在天馈线之间加入阻抗匹配器。由于制作时有的防水防潮工艺质量不高，以至于匹配器腔体进水或受潮，而由此产生的故障又很容易被忽视。从上面分析的过程中可以看出，当匹配器受潮时，两根有源振子间跨接了一个漏电电阻，如图所示，使有源振子的分布电容、分布电感发生变化，振子本身的固有频率与激励天线的高频信号频率发生偏差，也改变了有源振子原来的电抗特性。漏电电阻并接在馈线端口上，会大量吸收能量，使馈送到接收机的高频电流很小。当匹配器腔体积水时，由于水的作用，馈线端口完全短路，原来确立有源振子的条件受到彻底破坏，有源振子不再感应高频电流馈送给接收杭，它相反地起反射振子的引向作用，使信号往后传送1。

常见故障及维护主要维护内容（1）每年冬夏到来之前，应调整馈线和天线下引线的松紧度以避免季节变化对馈线造成的不利影响。在温差变化太大地区，比如，我国东北、西北等地，根据气温变化及时调整天线和馈线的垂度和张力，使天线和馈线始终保持技术指标要求的范围之内。

（2）每五年一次调整天线幕的垂度和天线振子张力，同时调整塔身的垂直弯曲度和拉线的拉力。

（3）每年六月给拉线馈线花兰螺丝涂抹黄油，以保证调整时灵活。

（4）每年十月给馈线基坑，拉线址锚培土，并夯实。一般应高出自然地面20cm。

（5）每月一次检查场地开关的传动部分和接头。并清洁绝缘子及接点。馈线下面农作物离馈线距离应大于1m，馈线两旁的树枝离开馈线要在5m以上，不符合要求的应与有关单位联系及时去除。

常见故障和处理（1）天线幕打火：可能是天线振子或下引线太松，在大风摇曳下造成断线虚接，故障多出在馈电点部位。

（2）下引线打火：下引线上出现局部高电位造成，可在打火部位绑一段同等直径的铜线以降低电位；要检查馈电线路，找出造成高电位的原因。

（3）反射网打火：原因多是频率不太合适引起。一般来讲短波天线频带较宽，而反射网是按某一固定频率设计的，当使用频率与设计频率相差较大时易使反射网打火甚至断线。以上故障可在两塔上串绳，若打火断线严重可建议改换频率。

（4）天线幕振子上哑铃绝缘断裂：应检查天线幕，清洁绝缘子或调整尾巴线张力。

（5）馈线杆倾斜：雨后馈线基坑塌陷或大风过后及外力碰撞拉线造成，应及时扶正馈杆，填实基坑并加装拉线，加强巡视杆路。

（6）阻抗失配：馈线太松或改变了几何形状所造成，应及时调整馈线垂度，使3000平行输出的两条馈线保持一致。

（7）馈线打火：功率容量不够、电位梯度超过馈线的临界电位梯度。在海拔较高的地区，馈线的临界电位梯度变低。

（8）铁塔校正垂直弯曲度困难：短波塔主要起支撑作用，一般在塔的一侧悬挂天线幕或反射幕等。对铁塔来说，天线的跨度越大，荷载越重，在大风时，因天线幕的挡风面更增加了对铁塔的荷载，造成塔身向天线一侧倾斜，这样会造成天线幕加大垂度，使下引线变松。而维护时，往往因力所不及。只能调整下引线来维特播音。故调整短波塔时，应把天线下端的固定点，包括下引线、重垂线、接地线等全部放松，再校正铁塔。一般来说，塔身的顶部应向天线外侧倾斜一些，调整结束后，再恢复下引线的固定点。

综上分析，要从根本解决天馈线存在问题，应从设备的日常维护上入手，定期对天馈线进行检查、测试，发现问题及时处理。维护人员要加强自身素质培训，学习掌握天馈线的维护方法，提高维护水平，能够快速、准确地诊断和排除故障，确保安全传输发射。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学