垂直极化天线和环天线对高仰角天波接收能力浅析

崔川安 芦伟东

【摘要】垂直极化天线和环天线均为短波通信的常用天线。在复杂地域进行短波通信时，为解决通信盲区问题，可采取高仰角天波传播。短波天线对高仰角天波的接收能力决定了通信质量。本文分别对垂直极化天线和环天线进行分析，比较其接收高仰角天波的能力。

【关键词】高仰角天波垂直极化天线环天线

一、引言

短波通信是无线电通信的一种。短波波长在10m-100m之间，频率范围3MHz-30MHz，基本传播途径为地波和天波。短波可经电离层反射到达接收设备，通信距离较远，是远程通信的主要手段。

二、高仰角天波

在短波通信中，天波首次经电离层反射返回地面的点与发射点之间的距离称之为“跳跃区”，通常在80km以上，而地波能传播的距离约20-30km，因此，在天波返回点和地波传播极限之间有一段距离，天波信号穿过电离层无法反射，地波信号无法到达，这段距离就是我们常说的短波通信盲区。为解决通信盲区的问题，一是可以增大发射功率，提高地波传播距离；二是可以采用高仰角天波传播。高仰角天波也被称为“近垂直入射天波传播”，在2-12MHZ频段采用75-90度的仰角发射短波信号，会被电离层以几乎同样的角度反射回来，而反射回地面的信号强度在中短距离内较稳定，可保障近区的通信。

三、垂直极化天线

垂直极化天线分为对称和不对称二种，短波常用的对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线。垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图，通过其垂直和水平面方向图，可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上，且在水平面上各方向的辐射一样大。（见图1）

不对称垂直天线为垂直接地天线，完全导电地面的影响可以用单极天线的镜像来考虑。常用的单极垂直振子的长度一般大于八分之一波长。从鞭天线的方向图可以看出它在高仰角方向几乎没有辐射（见图2），对电离层的入射角基本是在70°以下。这种辐射角度适合中远距离通信。由于高仰角方向几乎无辐射，天波第一跳落地就到了一百公里之外，一百公里以内无天波信号。

四、环形天线

环形天线是将一根金属导线绕成一定形状，如圆形、方形、三角形等，以导体两端作为输出端的結构。

环天线按尺寸分为小环天线和大环天线，若圆环的半径R很小，其周长小于波长，一般称为小环天线。小环天线上沿线电流的的振幅和相位变化不大，近似均匀分布。即在环面的平面上方向图是圆，环轴所在平面上方向图是8字形，沿环轴方向的辐射为零（见图3）。环天线具有接收高仰角天波能力。

五、结语

经过对天线方向图的分析，垂直极化天线在近垂直方向没有辐射，无法接收高仰角天波，而环天线则具备此能力。因此，在采用高仰角天波发射的方法解决短波通信中的盲区问题时，应注意天线的选择。

参考文献

[1]王兴亮.现代通信原理与技术.电子工业出版社，2009

[2]潘仲英.电磁波、天线与电波传播.机械工业出版社，2003

[3]朱庆厚.无线电监测与通信侦察.人民邮电出版社，2005

[4]美国业余无线电转播联盟.天线手册（修订版）.人民邮电出版社. 2011