区域自动气象站天线的安装和选用

郭少波

摘 要：在移动通信基站覆盖不好、信号较弱的情况下，以天线理论为基础，正确安装区域自动气象站天线。根据实际情况，有针对性地选用天线以增强无线模块的收发性能，并在应急状态下采用简易方式制作的天线，以保证气象数据不间断、稳定的传输。

关键词：区域自动气象站；天线；安装；选用

中图分类号：TN821 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0144-02

随着气象服务的需求和气象事业的发展，区域自动气象观测站（以下简称“区域站”）遍布乡镇和农村，这是为了采集区域气象数据，按照行政区域、地理经纬度设点建设的。区域站作为一个无线终端，大多采用移动、联通的GPRS数据传输（无人区北斗卫星传输除外），然而在人员活动稀少区域，由于基站信号覆盖率不是很好，经常出现不能通讯的情况，或是在几个无线基站覆盖的区域边缘、几个弱信号等同、区域站高频区切换，这样直接影响数据的传输率。为此，本文就如何正确安装或因地制宜地安装适合的天线系统进行简要阐述，这对气象观测数据的稳定传输有一定的现实意义。

1 区域站标配的天线分析及安装误区

图1是区域站常见的标配天线，这种天线被称为吸盘全向天线，也是垂直天线的一种，只有一个1/2或1/4波长的振子。在安装时，必须注意的是吸盘所吸附的金属物（周边要大于1/4波长）要保持垂直状态，吸附的金属物要作为另一个振子存在。另一个要注意的问题是，与金属物的水平距离要大于一个波长的距离（比如900 MHz的天线，3×108 m/s÷9×108 Hz≈0.33 m），这样信号才能不被屏蔽或影响。如果安装时将吸盘悬空或放在非金属物上，那它只是一段导线而不是一个完整的天线，收发单元和天线系统将严重不匹配，也不能与网络系统稳定链接，影响传输效率。下面是用天线仿真软件对其进行的分析，由此可以看出其中的区别。

从图2中可以看出，如果将天线吸附在金属上，且直径大于1/4波长，SWR（驻波比）是1.4，天线的波瓣是均匀的，那它就是一个理想的天线，理论增益可达2.5 dbi。如果把悬空电波发射在一个没有主波瓣，且驻波比为440的天线上，那它是一个很不匹配、效率近似于零的天线，具体情况如图3所示。所以说，正确安装天线是很重要的。

2 对弱信号或几个基站信号等同的处理

为了采集特殊区域内的气象数据，远离人口密集活动区域设点是经常会遇到的问题，通讯运营商基站覆盖不好，信号微弱或者在几个基站的边缘，高频信号的折射、反射等原因，都将直接影响气象数据的稳定传输。

2.1 选用高增益天线

如选用同轴共线天线阵，也就是玻璃钢棒子天线，如图4所示。

这是一种全向并联谐振天线阵，在均匀、无损耗的传输线上，所有辐射单元间距相等，并且为某一频率的1/2波长，所有辐射单元的阻抗都将并联在一起，每个单元的电压和电流是相同的。由于结构上每1/2波长交替一次，每个单元的相位也是相同的，因此，特定的等幅同相只在这个频率中成立，此时，在线阵的法向有最大的辐射。如果1/2波长段达到九节，理论上增益可达11.65 dbi，将大大提高弱信号的传输能力。这种天线还有富兰克林天线等。

2.2 选用定向天线

选用定向天线可以集中接收基站信号，集中功率发射电波。当几个基站信号等同时，弱化其他基站的信号，锁定一个基站的信号会有独特的作用。

图5是根据软件计算900 MHz七单元八木宇田天线的设计图，该天线的特点是方向性强。图6是八木天线辐射仿真图。从图6中可以看出，它除了能最大锁定主方向基站信号外，还能弱化其他基站信号，而且随着单元数的增加，主波瓣会变窄，方向性会更强，增益会更高。它的驻波比可以通过馈电发夹调整。这种天线市面上有很多，重点是要选好频率，安装时确定好方向。定向天线还有很多，比如宽频对数周期天线、碟型天线等。

3 应急状态下的处理办法

基于数据传输的及时性和野外设备的特殊性，当在野外维护设备发现是天线故障时，从时效性上讲，不允许再往返准备工具或换备用天线，这时可以采取下列两种办法处理问题。

3.1 现场制作简易剥皮天线

计算出馈线1/4波长长度，用刀切去外绝缘皮，露出屏蔽网下翻，做好防水工作，用简单支撑物将其支撑到一定的高度即可。在此过程中要注意，一定要距离大的金属物一个波长的距离，具体如图7所示。

笔者曾现场实践过这种方式，做好防水措施，效果不错，不失为一种好的应急处理方式。

3.2 使用J型天线

如果没有现成的商品备件，可以自制如图8所示的J型天线。这种天线自带地网，安装高度可调整，理论上的增益可达3.5 dbi，比区域站标配天线效果还要好。

由于无线传输所用的频率较高，所以，其所用的天线尺寸都比较小。笔者曾按照尺寸用铜皮剪出天线振子，把它用防水胶带缠在塑料窗帘架上，并固定在温度传感器横臂上，解决了天线灵敏度问题，保证了数据上传的稳定性。

4 结束语

正确安装、匹配合适的天线是区域站稳定传输气象观测资料的重要环节。区域自动气象站信息网络系统的建立，使气象部门获得了一定时空密度的地面气象观测资料，这对精细化预报有非常重要的作用。所以说，维护好区域自动气象站的每一个环节是非常重要的。

参考文献

[1]任朗.天线理论基础[M].北京：人民邮电出版社，1980.

[2]Xavier Lagrange.GSM网络与GPRS[M].顾肇基，译.北京：电子工业出版社，2002.

〔编辑：白洁〕

摘 要：在移动通信基站覆盖不好、信号较弱的情况下，以天线理论为基础，正确安装区域自动气象站天线。根据实际情况，有针对性地选用天线以增强无线模块的收发性能，并在应急状态下采用简易方式制作的天线，以保证气象数据不间断、稳定的传输。

关键词：区域自动气象站；天线；安装；选用

中图分类号：TN821 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0144-02

随着气象服务的需求和气象事业的发展，区域自动气象观测站（以下简称“区域站”）遍布乡镇和农村，这是为了采集区域气象数据，按照行政区域、地理经纬度设点建设的。区域站作为一个无线终端，大多采用移动、联通的GPRS数据传输（无人区北斗卫星传输除外），然而在人员活动稀少区域，由于基站信号覆盖率不是很好，经常出现不能通讯的情况，或是在几个无线基站覆盖的区域边缘、几个弱信号等同、区域站高频区切换，这样直接影响数据的传输率。为此，本文就如何正确安装或因地制宜地安装适合的天线系统进行简要阐述，这对气象观测数据的稳定传输有一定的现实意义。

1 区域站标配的天线分析及安装误区

图1是区域站常见的标配天线，这种天线被称为吸盘全向天线，也是垂直天线的一种，只有一个1/2或1/4波长的振子。在安装时，必须注意的是吸盘所吸附的金属物（周边要大于1/4波长）要保持垂直状态，吸附的金属物要作为另一个振子存在。另一个要注意的问题是，与金属物的水平距离要大于一个波长的距离（比如900 MHz的天线，3×108 m/s÷9×108 Hz≈0.33 m），这样信号才能不被屏蔽或影响。如果安装时将吸盘悬空或放在非金属物上，那它只是一段导线而不是一个完整的天线，收发单元和天线系统将严重不匹配，也不能与网络系统稳定链接，影响传输效率。下面是用天线仿真软件对其进行的分析，由此可以看出其中的区别。

从图2中可以看出，如果将天线吸附在金属上，且直径大于1/4波长，SWR（驻波比）是1.4，天线的波瓣是均匀的，那它就是一个理想的天线，理论增益可达2.5 dbi。如果把悬空电波发射在一个没有主波瓣，且驻波比为440的天线上，那它是一个很不匹配、效率近似于零的天线，具体情况如图3所示。所以说，正确安装天线是很重要的。

2 对弱信号或几个基站信号等同的处理

为了采集特殊区域内的气象数据，远离人口密集活动区域设点是经常会遇到的问题，通讯运营商基站覆盖不好，信号微弱或者在几个基站的边缘，高频信号的折射、反射等原因，都将直接影响气象数据的稳定传输。

2.1 选用高增益天线

如选用同轴共线天线阵，也就是玻璃钢棒子天线，如图4所示。

这是一种全向并联谐振天线阵，在均匀、无损耗的传输线上，所有辐射单元间距相等，并且为某一频率的1/2波长，所有辐射单元的阻抗都将并联在一起，每个单元的电压和电流是相同的。由于结构上每1/2波长交替一次，每个单元的相位也是相同的，因此，特定的等幅同相只在这个频率中成立，此时，在线阵的法向有最大的辐射。如果1/2波长段达到九节，理论上增益可达11.65 dbi，将大大提高弱信号的传输能力。这种天线还有富兰克林天线等。

2.2 选用定向天线

选用定向天线可以集中接收基站信号，集中功率发射电波。当几个基站信号等同时，弱化其他基站的信号，锁定一个基站的信号会有独特的作用。

图5是根据软件计算900 MHz七单元八木宇田天线的设计图，该天线的特点是方向性强。图6是八木天线辐射仿真图。从图6中可以看出，它除了能最大锁定主方向基站信号外，还能弱化其他基站信号，而且随着单元数的增加，主波瓣会变窄，方向性会更强，增益会更高。它的驻波比可以通过馈电发夹调整。这种天线市面上有很多，重点是要选好频率，安装时确定好方向。定向天线还有很多，比如宽频对数周期天线、碟型天线等。

3 应急状态下的处理办法

基于数据传输的及时性和野外设备的特殊性，当在野外维护设备发现是天线故障时，从时效性上讲，不允许再往返准备工具或换备用天线，这时可以采取下列两种办法处理问题。

3.1 现场制作简易剥皮天线

计算出馈线1/4波长长度，用刀切去外绝缘皮，露出屏蔽网下翻，做好防水工作，用简单支撑物将其支撑到一定的高度即可。在此过程中要注意，一定要距离大的金属物一个波长的距离，具体如图7所示。

笔者曾现场实践过这种方式，做好防水措施，效果不错，不失为一种好的应急处理方式。

3.2 使用J型天线

如果没有现成的商品备件，可以自制如图8所示的J型天线。这种天线自带地网，安装高度可调整，理论上的增益可达3.5 dbi，比区域站标配天线效果还要好。

由于无线传输所用的频率较高，所以，其所用的天线尺寸都比较小。笔者曾按照尺寸用铜皮剪出天线振子，把它用防水胶带缠在塑料窗帘架上，并固定在温度传感器横臂上，解决了天线灵敏度问题，保证了数据上传的稳定性。

4 结束语

正确安装、匹配合适的天线是区域站稳定传输气象观测资料的重要环节。区域自动气象站信息网络系统的建立，使气象部门获得了一定时空密度的地面气象观测资料，这对精细化预报有非常重要的作用。所以说，维护好区域自动气象站的每一个环节是非常重要的。

参考文献

[1]任朗.天线理论基础[M].北京：人民邮电出版社，1980.

[2]Xavier Lagrange.GSM网络与GPRS[M].顾肇基，译.北京：电子工业出版社，2002.

〔编辑：白洁〕

摘 要：在移动通信基站覆盖不好、信号较弱的情况下，以天线理论为基础，正确安装区域自动气象站天线。根据实际情况，有针对性地选用天线以增强无线模块的收发性能，并在应急状态下采用简易方式制作的天线，以保证气象数据不间断、稳定的传输。

关键词：区域自动气象站；天线；安装；选用

中图分类号：TN821 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）12-0144-02

随着气象服务的需求和气象事业的发展，区域自动气象观测站（以下简称“区域站”）遍布乡镇和农村，这是为了采集区域气象数据，按照行政区域、地理经纬度设点建设的。区域站作为一个无线终端，大多采用移动、联通的GPRS数据传输（无人区北斗卫星传输除外），然而在人员活动稀少区域，由于基站信号覆盖率不是很好，经常出现不能通讯的情况，或是在几个无线基站覆盖的区域边缘、几个弱信号等同、区域站高频区切换，这样直接影响数据的传输率。为此，本文就如何正确安装或因地制宜地安装适合的天线系统进行简要阐述，这对气象观测数据的稳定传输有一定的现实意义。

1 区域站标配的天线分析及安装误区

图1是区域站常见的标配天线，这种天线被称为吸盘全向天线，也是垂直天线的一种，只有一个1/2或1/4波长的振子。在安装时，必须注意的是吸盘所吸附的金属物（周边要大于1/4波长）要保持垂直状态，吸附的金属物要作为另一个振子存在。另一个要注意的问题是，与金属物的水平距离要大于一个波长的距离（比如900 MHz的天线，3×108 m/s÷9×108 Hz≈0.33 m），这样信号才能不被屏蔽或影响。如果安装时将吸盘悬空或放在非金属物上，那它只是一段导线而不是一个完整的天线，收发单元和天线系统将严重不匹配，也不能与网络系统稳定链接，影响传输效率。下面是用天线仿真软件对其进行的分析，由此可以看出其中的区别。

从图2中可以看出，如果将天线吸附在金属上，且直径大于1/4波长，SWR（驻波比）是1.4，天线的波瓣是均匀的，那它就是一个理想的天线，理论增益可达2.5 dbi。如果把悬空电波发射在一个没有主波瓣，且驻波比为440的天线上，那它是一个很不匹配、效率近似于零的天线，具体情况如图3所示。所以说，正确安装天线是很重要的。

2 对弱信号或几个基站信号等同的处理

为了采集特殊区域内的气象数据，远离人口密集活动区域设点是经常会遇到的问题，通讯运营商基站覆盖不好，信号微弱或者在几个基站的边缘，高频信号的折射、反射等原因，都将直接影响气象数据的稳定传输。

2.1 选用高增益天线

如选用同轴共线天线阵，也就是玻璃钢棒子天线，如图4所示。

这是一种全向并联谐振天线阵，在均匀、无损耗的传输线上，所有辐射单元间距相等，并且为某一频率的1/2波长，所有辐射单元的阻抗都将并联在一起，每个单元的电压和电流是相同的。由于结构上每1/2波长交替一次，每个单元的相位也是相同的，因此，特定的等幅同相只在这个频率中成立，此时，在线阵的法向有最大的辐射。如果1/2波长段达到九节，理论上增益可达11.65 dbi，将大大提高弱信号的传输能力。这种天线还有富兰克林天线等。

2.2 选用定向天线

选用定向天线可以集中接收基站信号，集中功率发射电波。当几个基站信号等同时，弱化其他基站的信号，锁定一个基站的信号会有独特的作用。

图5是根据软件计算900 MHz七单元八木宇田天线的设计图，该天线的特点是方向性强。图6是八木天线辐射仿真图。从图6中可以看出，它除了能最大锁定主方向基站信号外，还能弱化其他基站信号，而且随着单元数的增加，主波瓣会变窄，方向性会更强，增益会更高。它的驻波比可以通过馈电发夹调整。这种天线市面上有很多，重点是要选好频率，安装时确定好方向。定向天线还有很多，比如宽频对数周期天线、碟型天线等。

3 应急状态下的处理办法

基于数据传输的及时性和野外设备的特殊性，当在野外维护设备发现是天线故障时，从时效性上讲，不允许再往返准备工具或换备用天线，这时可以采取下列两种办法处理问题。

3.1 现场制作简易剥皮天线

计算出馈线1/4波长长度，用刀切去外绝缘皮，露出屏蔽网下翻，做好防水工作，用简单支撑物将其支撑到一定的高度即可。在此过程中要注意，一定要距离大的金属物一个波长的距离，具体如图7所示。

笔者曾现场实践过这种方式，做好防水措施，效果不错，不失为一种好的应急处理方式。

3.2 使用J型天线

如果没有现成的商品备件，可以自制如图8所示的J型天线。这种天线自带地网，安装高度可调整，理论上的增益可达3.5 dbi，比区域站标配天线效果还要好。

由于无线传输所用的频率较高，所以，其所用的天线尺寸都比较小。笔者曾按照尺寸用铜皮剪出天线振子，把它用防水胶带缠在塑料窗帘架上，并固定在温度传感器横臂上，解决了天线灵敏度问题，保证了数据上传的稳定性。

4 结束语

正确安装、匹配合适的天线是区域站稳定传输气象观测资料的重要环节。区域自动气象站信息网络系统的建立，使气象部门获得了一定时空密度的地面气象观测资料，这对精细化预报有非常重要的作用。所以说，维护好区域自动气象站的每一个环节是非常重要的。

参考文献

[1]任朗.天线理论基础[M].北京：人民邮电出版社，1980.

[2]Xavier Lagrange.GSM网络与GPRS[M].顾肇基，译.北京：电子工业出版社，2002.

〔编辑：白洁〕