微波天線的應(yīng)用與優(yōu)化思考

劉方　葉巴林

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，微波傳輸技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷升級(jí)?；诖耍疚膶⒑?jiǎn)單分析微波天線的應(yīng)用要點(diǎn)，并深入探討微波天線的優(yōu)化路徑，希望研究?jī)?nèi)容能夠給相關(guān)從業(yè)人員以啟發(fā)。

關(guān)鍵詞 微波天線;維護(hù);傳輸

前言

微波傳輸技術(shù)在無(wú)線傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，作為重要子系統(tǒng)，微波通信系統(tǒng)中的微波天線直接影響無(wú)線傳輸?shù)男阅芎唾|(zhì)量。為保證微波天線更好地服務(wù)于微波傳輸，正是本文圍繞微波天線的應(yīng)用與優(yōu)化開(kāi)展具體研究的原因所在。

1微波天線的應(yīng)用要點(diǎn)

1.1 關(guān)注地面地形因素影響

為科學(xué)應(yīng)用微波天線，必須關(guān)注地面地形因素帶來(lái)的影響。微波的視距傳播屬于微波信息傳導(dǎo)的主要途徑，多采用2GHZ～20GHz區(qū)間的頻率。對(duì)于波長(zhǎng)較短的微波來(lái)說(shuō)，其電平損耗和反射系數(shù)在不同地理?xiàng)l件下便會(huì)明顯，且擴(kuò)散傳播的現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)于空中傳導(dǎo)時(shí)，傳播距離的加大會(huì)導(dǎo)致微波單位面積內(nèi)的能量減小，自由空間傳輸損耗屬于這種能量減少的實(shí)質(zhì)。一部分的電磁波會(huì)被高大的實(shí)體障礙物攔截，微波信號(hào)的損耗會(huì)進(jìn)一步增大。少量的信號(hào)會(huì)因平整的湖面和地面反射到接收天線上面，直射信號(hào)和反射信號(hào)會(huì)因此重疊相加，能量損耗會(huì)因信號(hào)相互抵消而提升。微波傳輸受到的反射影響較大，電平衰落便源于這類影響，如刀刃形狀障礙物或山峰存在于微波傳輸路徑上，6dB電平衰耗會(huì)在微波傳輸過(guò)程中增加，如存在高于天線之間連線的障礙物，嚴(yán)重衰減的電平將隨之出現(xiàn)。因此，必須針對(duì)性規(guī)避相關(guān)障礙物，并在必要時(shí)將天線安裝高度提高，也可以采用改變線路、接收點(diǎn)的方式，微波傳輸在波長(zhǎng)越長(zhǎng)、頻率越低情況下?lián)碛械脑礁呃@射能力需同時(shí)得到合理利用[1]。

1.2 關(guān)注地面反射及大氣影響

分析地面反射影響可以發(fā)現(xiàn)，在接收發(fā)射天線傳輸信號(hào)的同時(shí)，接收天線還會(huì)同時(shí)收到地面反射的信號(hào)，由此催生的信號(hào)電平減小、增大等情況也需要得到重視;分析大氣影響可以發(fā)現(xiàn)，一定量微波信號(hào)會(huì)由大氣成分吸收，少量的信號(hào)衰減會(huì)因此產(chǎn)生，微波的傳輸方向在氣候的變化影響下也會(huì)出現(xiàn)一定偏移，由此引發(fā)的信號(hào)質(zhì)量問(wèn)題必須得到重視，雖然這類影響相較于自由空間衰減較小。值得注意的是，電磁波會(huì)因大氣中的小水滴出現(xiàn)散射衰落，且散射衰落的嚴(yán)重程度會(huì)隨電磁波頻率的提升而惡化，如存在9GHz以上的電磁波頻率，雨霧天氣下將出現(xiàn)非常嚴(yán)重的散射衰落。此外，饋管密封如出現(xiàn)問(wèn)題，滲入雨水、融水也會(huì)導(dǎo)致停傳、波導(dǎo)異常等情況出現(xiàn)，這類影響同樣需要得到重點(diǎn)關(guān)注。以某微波站為例，接收電平在每天中午12點(diǎn)后開(kāi)始衰落并最終停傳，且這種現(xiàn)象會(huì)在下午4點(diǎn)左右自動(dòng)恢復(fù)，通過(guò)針對(duì)性分析發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)源于內(nèi)部進(jìn)水結(jié)冰的饋管，雪水因饋管法蘭頭密封不好而滲入，外皮顏色為黑色的饋管擁有較強(qiáng)的吸熱能力，因此氣溫升高的中午時(shí)分滲入的雪水會(huì)融化并形成水汽，此時(shí)存在逐漸衰落并最終阻斷的信號(hào)。隨著氣溫不斷下降，水汽結(jié)冰后微波信號(hào)可自由通過(guò)，因此必須加強(qiáng)對(duì)饋管密封問(wèn)題的重視[2]。

2微波天線的應(yīng)用優(yōu)化路徑

2.1 分集技術(shù)優(yōu)化路徑

為實(shí)現(xiàn)微波天線的應(yīng)用優(yōu)化，分集技術(shù)優(yōu)化需得到重視。所謂分集技術(shù)，指的是選擇或加以合成多路相關(guān)性不大的接收信號(hào)，微波接收端可由此降低多徑衰落帶來(lái)的影響。在對(duì)多條相對(duì)獨(dú)立信號(hào)路徑采集的過(guò)程中，需同時(shí)選取至少兩條擁有較強(qiáng)信號(hào)的信號(hào)，以此開(kāi)展針對(duì)性合并，接收端的平均信噪比和瞬時(shí)信噪比可由此提升，一般可實(shí)現(xiàn)20dB左右的提升。在分集技術(shù)的具體應(yīng)用中，需首先開(kāi)展空間分集，通過(guò)微波天線打出去信號(hào)，且信號(hào)收回采用多面接收天線，即可隨之合并多路信號(hào)，這一過(guò)程需保證存在相對(duì)獨(dú)立的信號(hào)，需保證存在盡量較大的天線間的間距，需保證半個(gè)波長(zhǎng)小于接收天線之間的間距。此外，分集的重?cái)?shù)在世界應(yīng)用中需控制在2-3區(qū)間;極化分集指的是通過(guò)垂直和水平兩種極化方法，利用二者存在的不同特點(diǎn)，即可選擇高信號(hào)強(qiáng)度，以此實(shí)現(xiàn)鏈路容量提高和傳輸效率提升;角度分集需對(duì)接收端存在的信號(hào)非同向特點(diǎn)進(jìn)行利用，以此設(shè)置多面非同向的接收天線于接收端，以此開(kāi)展合并即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度提高，但這種優(yōu)化導(dǎo)致的設(shè)備復(fù)雜程度提升也需要引起重視。分析分集技術(shù)優(yōu)化效果可以發(fā)現(xiàn)，可圍繞非分集技術(shù)和分集技術(shù)在降低衰落產(chǎn)生影響方面的效果進(jìn)行對(duì)比，具體對(duì)比可基于標(biāo)稱改進(jìn)結(jié)果進(jìn)行定量評(píng)估?？紤]到多路徑傳輸?shù)浇邮斩说陌l(fā)射端信號(hào)傳輸路徑，多路信號(hào)的接收端無(wú)法同步，誤碼問(wèn)題會(huì)因此出現(xiàn)。接收端所可通過(guò)應(yīng)用自適應(yīng)均衡技術(shù)的均衡器發(fā)射擁有相反信道特性的一條信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)多徑傳輸下發(fā)射端帶來(lái)的干擾，誤碼的減小也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)。均衡可分為時(shí)域均衡和頻域均衡，一般兩種自適應(yīng)均衡器會(huì)同時(shí)使用，電路抗衰落能力可由此實(shí)現(xiàn)最大程度的提升。

2.2 阻抗匹配優(yōu)化路徑

微波天線的應(yīng)用優(yōu)化還需要關(guān)注阻抗匹配技術(shù)的應(yīng)用，天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值為微波天線的輸入阻抗。對(duì)于連接的天線與饋線來(lái)說(shuō)，純電阻的天線輸入阻抗同時(shí)與饋線的特性阻抗相等屬于最佳情形，此時(shí)存在無(wú)功率反射的饋線終端以及沒(méi)有駐波的饋線，抗隨頻率變化的天線輸入阻抗呈線性?；谧杩蛊ヅ鋬?yōu)化，實(shí)現(xiàn)輸入阻抗中的電抗分量消除，可保證盡可能地接近饋線特性阻抗的電阻分量存在。為有效開(kāi)展阻抗匹配優(yōu)化，操作規(guī)程和維護(hù)規(guī)程必須嚴(yán)格執(zhí)行，在設(shè)備自身阻抗匹配得到保證的同時(shí)，各連接件之間的良好接觸需同時(shí)得到嚴(yán)格檢查，以此避免阻抗不匹配問(wèn)題因人為因素出現(xiàn)。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，微波天線的應(yīng)用與優(yōu)化需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的分集技術(shù)優(yōu)化路徑、阻抗匹配優(yōu)化路徑等內(nèi)容，則提供了可行性較高的微波天線優(yōu)化思路。為實(shí)現(xiàn)微波天線的更高水平應(yīng)用，微波工作者必須加強(qiáng)對(duì)大氣、地面反射、地面地形帶來(lái)影響的重視程度，同時(shí)規(guī)避人為因素影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬驍. 高功率微波陣列天線若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：電子科技大學(xué)，2020.

[2] 張正澤.微波天線的應(yīng)用與優(yōu)化探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2019， 40（24）：201.

作者簡(jiǎn)介

劉方（1994-），男，湖南邵陽(yáng)人;學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，現(xiàn)就職單位：中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，研究方向：電子戰(zhàn)。