短波天线

工作于1至30MHz短波波段的发射或接收天线统称为短波天线。短波传输根据路径的不同主要分为两种：一种是通过电离层反射的天波，另一种是沿地表传播的地波。

简介

由于太阳活动会对电离层产生影响，因此通过电离层传输的波长会随着太阳活动的强弱而变化。另一种传输方式是贴地表传播的地波，这种方式会受到相对介电常数和电导率的影响而导致损耗。海水的相对介电常数和电导率较大，因此损耗较小，这使得海事通信中经常采用此方式。

与卫星、光纤或电缆通信不同，短波通信不需要中继站，因此应用非常广泛，是现代远距离无线电通信的重要手段之一。

在超远距离通信中，短波天线通常使用鞭状天线（Whip）；而在短波盲区（20-100公里）通信时，多采用无盲区天线（NVIS antenna），一般为环状设计。

种类

外置

短波天线有多种形式，其中应用最广泛的包括对称天线、同相水平天线、倍波天线、角型天线、V型天线、菱形天线和鱼骨形天线等。与长波天线相比，短波天线的有效高度更大，辐射电阻更高，效率更高，方向性更好，增益更大，并且通频带宽。

内置

终端中需要内置天线，收音机使用的磁性天线是在线圈绕在磁棒上。此类天线通常由两种磁性材料制成。

第一种是传统的烧结铁氧体，增益高，但靠近电路板时容易产生噪声，且会拾取电路板的噪声，导致整体信噪比下降，并且不抗振、易碎。第二种是微航系列有机磁性材料，特点是磁性与频率关系不强，信噪比比铁氧体高出2-3 dB，并且抗摔。

工作原理

当高频电流流过导体时，会在周围空间产生电场和磁场，这些电磁场根据它们在空间的分布特性可以分为三个区域：近区、中间区和远区。

发射天线的设计正是基于辐射场的这一特性，使得信号在经过发射天线时能够有效地向空间辐射。为了让导体成为一个有效的辐射体，分析传输线的情况是关键。在平行双线的传输线上，为了确保仅传输能量而不产生辐射，必须保持导线结构的对称性，这意味着线上对应点的电流大小和方向应当相反，且两线间的距离应小于 π。

如果想要有效辐射电磁场，就需要破坏这种对称性。例如，可以通过将两根导体以一定角度分开，或者去掉其中一根导体，来实现这一点。这些方法都能有效地打破导体的对称性，进而产生辐射。

常见问题

天线阵元间距

在短波通信中，设计天线阵列时，阵元之间的间距是一个关键因素。如果选择高频段的半波长作为阵元间距，这会在高频段提供优良的方向性特性。然而，对于低频段，这个间距仅相当于波长的，会导致强烈的耦合效应，从而削弱天线阵列的电子扫描和定向能力。相反，如果将阵元间距设置为低频段的半波长，这样可以在低频段实现良好的性能，但在高频段，间距可能会达到几个波长，从而引发多个栅瓣现象。这种情况下，信号的功率会分散，主方向的功率降低，最终使得天线阵列的有效性受到影响。

因此，在安装天线阵列时，必须谨慎选择阵元之间的间距，以确保在不同频段都能获得理想的性能和方向性。

地面影响

在研究天线特性时，通常假设天线位于自由空间。然而，在实际应用中，特别是在短波通信中，天线往往安装在地面上，而地面的特性对天线性能有重要影响。当天线在地面上工作时，激发的电磁场会在地面上产生电流，这些电流又会激发二次电磁场。因此，最终的空间电磁场是天线直接激发的场和二次场的叠加，这种叠加会显著改变天线的方向性、阻抗和效率等特性。

在实际操作中，可以使用镜像法来评估地面对天线的影响。这种方法将地面视作一个镜面，假设有一个在镜面对称位置的“镜像天线”，将实际系统视为自由空间中实际天线和镜像天线组成的系统。通过这种方式，可以计算出等效系统在上半空间的性能。此外，为了提升天线的效率，还可以通过布设接地网的方式来优化性能。

阻抗不匹配

无线电发信机的输出阻抗需要与馈线和天线的阻抗相匹配，以实现最大功率传输。当阻抗匹配良好时，发信机输出的能量能够有效地被天线发射。如果阻抗不一致，部分高频能量无法被天线发射，导致这些能量反射回馈线，形成驻波。这种驻波现象可能损害馈线的绝缘层和发信机的末级功放管，影响整体系统的稳定性和性能。

参考资料

微波、短波、中波、长波天线终于搞懂了.知乎专栏.2024-09-25

天线的原理.电子发烧友.2024-09-25