李金山

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所，河南新鄉(xiāng) 453003）

0 引言

倒V形扇錐天線是水平V形天線的一種變形，將水平V形對(duì)稱振子天線的兩臂改為扇錐面，并且架設(shè)于近地面，即成了倒V扇錐天線，這種天線能同時(shí)接收垂直極化波和水平極化波。倒V形扇錐天線具有工作帶寬較寬、增益高、結(jié)構(gòu)簡單、移動(dòng)性好、拆卸方便等特點(diǎn)。天線示意圖如圖1所示。

圖1 天線示意圖

1 天線設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶需求，本文設(shè)計(jì)的短波倒V形扇錐天線主要考慮天線的功率容量和機(jī)動(dòng)快速架設(shè)等特點(diǎn)，由于用戶要求的功率容量為5kW，同時(shí)還具備3人在不大于30min的時(shí)間內(nèi)架設(shè)完成和在不大于20min內(nèi)拆裝完畢，所以從以下幾個(gè)方面考慮設(shè)計(jì)。

1.1 天線結(jié)構(gòu)形式

考慮到天線使用的環(huán)境條件、工作帶寬（短波波段）的要求，天線面左右對(duì)稱的兩部分由7根直徑為4的帶皮銅絞線組成；中心饋電處使用車載液壓升降桿升降，升降桿頂部裝有匹配網(wǎng)絡(luò)及阻抗變換器；升降桿最高8m（離地面最高10m），天線展寬48m。軟件仿真倒V扇錐天線示意圖如圖2所示，天線計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

天線系統(tǒng)由天線面、支撐桿、配重、匹配電路及饋線等組成；考慮到天線的使用要求，天線面可采用軟銅線制作；天線支撐桿采用液壓升降桿的方式更便于收放。

1.2 饋線設(shè)計(jì)

為了使倒V扇錐天線適應(yīng)機(jī)動(dòng)化使用要求，天線匹配器采用放在地面、通過平行雙線傳輸線的方式給天線進(jìn)行饋電，平行雙線間距D=0.04m，平行雙線使用Φ4mm的銅絞線，并且采用聚四氟乙烯板作為支撐。

1.3 天線阻抗性能

取大地εr=30，σ=0.001s/m，計(jì)算得到相對(duì)50Ω的天線駐波比（見圖 3）。

圖2 天線仿真示意圖

圖3 天線駐波比（300歸于50Ω阻抗變換）

天線阻抗變換器采用6∶1阻抗變換，阻抗變換器輸出為L36電纜座，輸入端采用兩端口平衡端螺紋連接。

1.4 天線功率容量計(jì)算

1.4.1 平行饋電線的耐壓與功率容量計(jì)算

利用聚四氟乙烯作絕緣支撐，平行饋電線間距為D=40mm，其特性阻抗為：

式中：D為雙導(dǎo)線中心間距，d為導(dǎo)線直徑Φ4mm，計(jì)算得到集合線（平行雙導(dǎo)線）的特性阻抗為：Z0=359Ω。平行雙導(dǎo)線的電壓波腹點(diǎn)最大電場強(qiáng)度為：

d為平行雙導(dǎo)線的直徑（cm），Z0為雙導(dǎo)線的特性阻抗，k為行波系數(shù)。將 Z0=359Ω，d=0.4cm，p=5kW，k=1（假定在完全匹配的情況下）代入上式得平行雙導(dǎo)線的電壓波腹點(diǎn)最大電場強(qiáng)度為：Emax=0.6kV/cm。可以看出，即使在潮濕空氣的工作環(huán)境中，平行雙導(dǎo)線的電壓波腹點(diǎn)最大電場強(qiáng)度遠(yuǎn)小于潮濕空氣臨界場強(qiáng)值E0=1.2kV/cm，因此，平行雙導(dǎo)線的功率容量滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

1.4.2 天線面耐壓與功率容量計(jì)算

按等效傳輸線理論，天線振子是由對(duì)稱振子變形而成，對(duì)稱振子可看成特殊的傳輸線，振子表面的最大場強(qiáng)為：

式中，W為振子的特性阻抗，d為振子直徑，n為線數(shù)，va代表振子的等效電壓有效值，Ed為臨界場強(qiáng)的振幅，通常為6～8 kV/cm，這里取6 kV/cm。由以上公式計(jì)算可知，天線面采用7根Φ4銅絞線，跨度為48m時(shí)，完全可以滿足功率容量要求。

2 通用性設(shè)計(jì)

2.1 可靠性設(shè)計(jì)

天線系統(tǒng)由天線、液壓升降桿和匹配器等3大部分組成。其中天線面主要由結(jié)構(gòu)件組成，結(jié)構(gòu)件的可靠性隨時(shí)間耗損而降低，它受自身重量、雨、雪、冰、風(fēng)、濕度以及鹽霧影響，隨疲勞、老化、磨損、腐蝕等因素而降低，它的使用可靠性和使用壽命在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮天線的使用環(huán)境，使用期限及天線結(jié)構(gòu)部件材料等因素而詳細(xì)計(jì)算，并留有足夠的安全系數(shù)，采取有效的保護(hù)措施以及定期維修維護(hù)保證其可靠性；液壓升降桿由驅(qū)動(dòng)部分電路及液壓升降桿結(jié)構(gòu)件組成，液壓升降桿結(jié)構(gòu)件采用和天線結(jié)構(gòu)件相同的設(shè)計(jì)方案；驅(qū)動(dòng)部分電路及天線匹配器由電子元器件、電路模塊及電路板等構(gòu)成，采用電子元器件可靠性理論來預(yù)計(jì)和分配其可靠性指標(biāo)，優(yōu)選出適應(yīng)于該天線使用環(huán)境及使用期限的電子元器件，形成最終的天線組成單元。

2.2 電磁兼容性設(shè)計(jì)

此項(xiàng)內(nèi)容僅針對(duì)液壓升降桿控制部分進(jìn)行。在整個(gè)設(shè)計(jì)中考慮屏蔽、隔離、接地，最大限度地?cái)嚅_電磁干擾的傳輸路徑。元器件的位置和走線要合理布置，以盡量減少靜電耦合。采取電磁信號(hào)防護(hù)措施進(jìn)行控制部分的防護(hù)設(shè)計(jì)，選購元器件、電纜電源線、電機(jī)部件時(shí)，選取滿足指標(biāo)要求、輻射小、抗干擾能力強(qiáng)的部件，確保產(chǎn)品滿足GJB151A和用戶對(duì)電磁兼容性相關(guān)要求。

3 結(jié)論

通過上述仿真計(jì)算和實(shí)際測試，天線設(shè)計(jì)能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求；同時(shí)經(jīng)過用戶長時(shí)間在復(fù)雜環(huán)境下的使用，天線系統(tǒng)的電性能指標(biāo)基本不變，外觀結(jié)構(gòu)保持良好。

［1］王元坤，李玉權(quán).線天線的寬頻帶技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1995.

［2］魏文元，宮德明，等，天線原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1985.

［3］周朝棟，王元坤，周良明.線天線理論與工程［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1988.

［4］林昌祿，聶在平.天線工程手冊(cè)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

［5］郵電部北京設(shè)計(jì)院.電信工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)——天線和饋電線［M］.北京：人民郵電出版社，1985.