无线通讯中天线的选用

无线通讯中天线的选用 转 无线通讯中天线的选用 【】无线通讯中天线的选用 在无线通讯网络中信号品质是大家最关心的问之一，它直接关系到下情上报和上令下达的准确性和通畅性。确定无线通讯质量除了收发信机的性能外天线是一个非常关键的因素，在整个无线通讯网络工程中天馈系统一直占有相当比例的预算。从天线理论上讲当A电台系统(输出功率25W)所配用天线增益比B电台系统高3dB其实际发射效果与B电台系统功率输出50W时相同，也就是说天线增益增加3dB相当于电台输出功率增加一倍，而且由于在信号接收上同样有信号放大的作用所以实际接收时使用增益比较高的天线对信号接收效果也有明显的提升，理论上高增益天线可以增加通讯覆盖范围，提高弱信号区的通讯质量。天线的性能直接关系到通讯信号的质量。天线根据使用场合的不同可以分为手持台天线、车载天线、基地天线三大类。 一、手持台天线 手持台天线也就是个人使用手持对讲机的天线，常见的有橡胶天线和拉杆天线两大类。根据天线的形式橡胶天线又有四分之一波长橡胶天线和螺旋橡胶天线。四分之一波长橡胶天线相对一般螺旋天线有效率高的优点，因为根据天线原理四分之一波长的导体天线自然谐振，具有较高的辐射效率。这类天线一般辐射体比较细长，如400MHz频段的红灯403KG/403KGP和MOTOROLA GP88/P110/GP300标配使用的细长型天线都属于四分之一波长天线类。一般认为手持对讲机天线中四分之一波长天线的实际辐射效率要优于缩短型的螺旋天线。这也是标配MOTOROLA GP88电台性能出众，通讯距离相对较远的的原因之一。我们做过一个简单的对比试验:用同一台GP300手持电台固定位置，先后使用GP88原配的四分之一波长橡胶天线和GP68原配的橡胶螺旋天线以及GP300选配的原装螺旋橡胶，在一米外固定位置使用场强仪测定场强，结果四分之一波长橡胶天线有明显的优势。不过这种四分之一波长类型的天线也有它的局限性，与螺旋橡胶天线相比它的长度较长。所谓四分之一波长天线它的天线长度为通讯频率波长的四分之一(实际制作中还要根据缩短因子修正)，常用的警用通讯频段160MHz、350MHz、410MHz、460MHz分别波长为1.875米、 0.857米、0.7317米、0.652米(用常数300除以频率数折算出波长)，对于理论四分之一波长天线的长度约为46.875厘米、21.42857厘米、18.29厘米、16.304厘米。由长度可见在160MHz频段使用四分之一波长形式的手持机橡胶天线显然是不适合的，所以这种类型天线一般应用于400MHz以上频段(350MHz也可以应用)。螺旋橡胶天线也有多种形式在此不再细分，总体螺旋橡胶天线根据需要可以缩短天线的尺寸，所以天线长度可以做得比较短，外观比较漂亮。螺旋橡胶天线的辐射效率一般与其缩短率和结构形式有关，通常较长的天线发射效率比较高。在低频段如160MHz橡胶天线大部分采用螺旋的结构，这样可以有效的控制天线的长度。在350MHz以上频段也有各种形式的螺旋橡胶天线，都是以尺寸短小见长，如350MHz/380MHz的MOTOROLA GP300(常规)和PTX600(集群)对讲机标配的都是螺旋橡胶天线。 拉杆天线一般具有比橡胶天线更高的辐射效率，可以提供更远的通讯距离。拉杆天线一般都在低部加感，天线振子比较长，收发效率较一般橡胶天线高。拉杆天线虽然发射效率较高但由于其长度长、缺乏柔软性实际使用中没有橡胶天线来得灵活且容易被折断。 为通讯系统手持电台配置天线要按照实际通讯网络的覆盖情况和移动电台的预计使用区域而定。配置增益较高的天线可以改善手持电台在弱信号区的通讯效果，但综合考虑到天线的外形和成本以及实际情况所以一般在配置上遵循"原配天线优先考虑，特殊情况特殊应对"的原则。大部分公安无线通讯网络中都选用进口手持对讲机，随机配有原装的天线。原装的天线适合该对讲机使用的频段，而且质量和性能都比较有保证，所以一般情况下原装天线是首选。我们也不迷信原装天线，一些国产的天线由于采用不同的天线形式或为专门频点定制所以在性能上也可能超过原装天线，所以在原装天线不能满足实际使用要求时不妨考虑换用其它形式的天线。 根据四分之一波长橡胶天线效率高而螺旋天线体积尺寸小的特点和出于美观考虑以及大部分对讲机随机提供螺旋橡胶天线的现状。在有中继台组网的警用通讯网中，信号强覆盖地区可以使用螺旋橡胶天线以在保证通话质量的情况下减小手持对讲机总体体积的目的。在通讯网络覆盖的边缘或信号弱覆盖区可以考虑使用四分之一波长橡胶天线以提高电台的发射效率改善信号质量，如果边远地区或使用四分之一波长橡胶天线后效果仍不理想的则建议改用拉杆天线。 如果没有中继台靠对讲机间直接通讯，建议在通讯距离较远的场合最好采用四分之一波长橡胶天线，以保证通讯畅通和语音可辨度。对于一些特殊情况下需要隐藏的对讲机当然需要选择天线尽量短的天线。 使用800MHz MOTOROLA SMART NET(ZONE)集群系统的手持电台有长短两种橡胶天线供选择，经过试验长天线辐射效率高于短天线。在离基站较远的值勤点如果配有短天线的对讲机经常有上网困难或信号弱语音不清的现象建议改用长天线。 由于手持电台的天线容易损坏，而且原装天线配件价格比较昂贵，所以常选用国产天线作为代用品。选用国产天线首先应当注意天线接口相同，日系的对讲机如C150/450、C160/460、TK-208/308等多用Q9卡口，N888、C260则使用带罗纹的接口、MOTOROLA系列则采用罗纹口。其次是确定天线的频段，绝对不能用其它频段的天线代替，尽管有时不同频段的天线外观比较接近。最后是检验天线的性能，不同天线厂家产品质量和价格相差很大。手持台天线的指标中与实际通讯最密切的就是辐射效率，它直接关系到信号的品质和通讯距离。在有专业仪器的情况下可以量化测试天线在工作频点上的SWR驻波比和增益，在基层单位没有专业仪器的情况下我们可以使用场强仪(甚至可以用极低的成本 比较同一台对讲机在相同位置更换不同天线在固定测制作简单的场强仪，如图) 试距离点上的场强，我们可以用原配天线作为参考对象进行对比，如果代用品与原装天线相差很大则可初步判定代用品不合格。这种对比的可以广泛的使用与手持台天线和车载天线间的比较，虽然不能定量分析但仍具有非常大的使用意义。采用这种简易测试天线的方法是人体离天线和场强测试点很进，有时人体位置的改变会影响到测试点场强的变化，引入较大误差，所以简易测试时尽量保持电台和人相对于周围环境的固定性。 二、车载天线 车载天线是指原设计安装在车辆上通讯天线，最常见应用最普遍的是吸盘天线。还有一些夹边天线和玻璃天线应用于特殊场合。实际使用中由于吸盘天线安装摆放容易，所以在一些简易设台场合常常用吸盘天线代替基地天线。车载天线结构上也有缩短型、四分之一波长、中部加感型、八分之五波长、双二分之一波长等形式的天线。理论上它们的效率也依次增加(标称的增益提高)， 同样工作频点的天线也依次增长(由于制作工艺和采用改进形式不同，天线的增益以实测结果或增益指标标称值为准)。车辆本身有限高，加上体积过于庞大的天线在车辆高速行进时会遇到很大的风阻，所以车载高增益天线的尺寸依照工作频段而采用不同的设计。缩短型天线体积小巧虽然增益不高但适合使用于需要隐藏天线的场合。一般的警用车辆建议安装高增天线尤其是在活动区域范围比较大的车辆，350MHz高增益天线多为八分之五波长加感的形式，在距天线顶部二分之一波长距离处有一个加感线圈。400MHz频段双二分之一波长具有较高的增益，它的外观特征是天线的振子上有两个加感线圈。八分之五波长天线和中部加感型天线也有较高的增益且价格比较便宜因此得到广泛的使用。有些形式的天线在低部有弹簧可以起到一定的防撞作用。在作为临时固定台天线使用的场合更应该选用高增益型车载吸盘天线，有利于固定台的通讯，天线的长度不必有特殊的要求。由于吸盘天线是根据汽车使用环境而设计，所以在作为固定使用时在其下吸一块面积大于内积圆直径为工作频段一个波长的金属板(如铁皮)会有更好的实际使用效果。由于进口原装的车载天线价格非常昂贵所以一般都选用国产天线，在天线选型阶段主要参考天线的外型和增益。有时厂家标称增益与实际增益有明显的差距，所以有必要通过实际测试天线样品来比较不同天线的增益，测试方法在没有专业仪器的情况下可以参照手持天线的对比场强测试法，测试环境应模拟车载环境。由于车载电台输出功率较大，除了测试场强外，如果有驻波比还可以测试天线的SWR(驻波比)值，驻波比越接近1越理想，一般天线驻波比不应大于2。过大的驻波比不但影响发射效果而且对电台发射机会造成伤害。 三、基地台天线 基地台天线在整个通讯系统中具有非常关键的作用，尤其是作为通讯枢纽的通信台站。高增益天线不但可以增强发射信号增加无线电波的覆盖面积而且对接收信号也有一定的放大作用可以更好的接收微弱的上行信号，改善移动台与基地台的无线通讯质量。一般情况下基地台都选用高增益天线，对于有干扰的情况可以按实际情况考虑加装窄带滤波器或移动天线位置以减小干扰的影响。常用的基地台天线有玻璃钢高增益天线、四环阵天线(八环阵天线)、定向天线。 玻璃钢高增益天线为全向天线基本没有方向性，适合基地台位置位于通讯网络中心的情况。根据天线增益的不同分为高增益天线(8dB以上)和中增益天 (6.5dB以下)。在同频段玻璃钢高增益天线中增益越高天线长度越长，一般350MHz频段10.15DB增益的天线长度约4.7米左右，8.5DB增益的天线长度约2.4米左右，7.8DB增益的天线长度约1.7米左右。400MHz频段10.15DB增益的天线长度约4米左右，8.5DB增益的天线长度约2.4米左右，6.5DB增益的天线长度约1米左右。玻璃钢高增益天线是目前基地台中使用最多的一种天线，价格也比较适中。考虑到玻璃钢天线增益越高天线越长且价格也迅速提高，所以一般情况下高增益玻璃钢天线适合通讯枢纽主台(分局和市局以及中继站)，中增益天线适合各固定点子台(各派出所)使用。由于它基本没有方向性所以可以保证各子台与主台通讯以及子台间的互通(没有中继的情况下)。 四环阵天线的特点是承受功率大、增益高、增益方向可调。当发射机大于100W时一些玻璃钢高增益天线已不能使用，这时使用四环阵天线比较安全，一般四环阵天线最大承受功率在300W-500W。四环阵天线四个发射振子方向可调，当四个振子间隔90度安装时天线特性基本为全向，当四个振子全部安装在同一方向时天线特性具有方向性，同时在主辐射方向增益提高。利用其增益方向可调的特性可以更好的适应非规则服务区。如果四环阵天线的增益不够高可以考虑八环阵天线，它的特性与四环阵类似但提供了更高的增益。一般350MHz频段四环阵的增益为8dB(全向)/10dB(定向)，八环阵的增益为12dB(全向)/15dB(定向)，适合通讯枢纽(分局和市局以及中继站)使用，不过其价格比较高。定向天线具有方向性强、主方向辐射增益高的特点。定向天线的单元数越多其增益也越高方向性越尖锐，比较适合点对点远距离通讯。很多地区派出所警署间的电台无线通讯靠中继台转发完成，也可以认为是子台与中继台的点对点通讯。如果有地理位置偏远的派出所警署设置电台距离中继台位置较远一般中增益全向天线不能满足通讯要求时不妨考虑使用定向天线。一般8单元的350MHz和400MHz定向天线可以达到12dB的定向增益。定向天线适合应用于比较偏远的子台与主台或中继台的联系，价格与同等增益的玻璃钢天线相比要便宜不少，对于安装中增益玻璃钢天线效果不佳的定向通讯台站可以考虑换用定向天线。在没有中继台支持的情况下，如果通讯对象散布比较分散不适合使用定向天线。 作为基地台天线如果到厂家定做则可以根据通讯频率精确调整得到最佳的谐振状态。虽然很多天线都标称有10MHz以上的带宽，但实际在不同频点工作其增益和驻波比存在一定的变化，一般没有定制的天线效果来得好。 灵活的使用各种特性的天线可以提高警用无线通讯网络的通讯质量，扩展 网络覆盖区域，同时可以降低网络成本。 n