摘要：针对大型短波复合天线阵驻波比检测实施过程中的缺点，提出了基于信号频谱密度比较的通信天线检测技术，研制了天线频谱密度实时检测比较系统。该系统通过对相同类型天线的频谱密度进行实时监控比较，能够快速定位故障天线，故障检测实时性强。
关键词：通信天线；频谱密度；天线检测
引言
短波通信的突出优点是设备简单、通信距离远、不易摧毁，在应急通信和国防通信中应用广泛。短波通信天线是将电信号转换为短波无线电信号的关键部件，短波通信天线性能的好坏直接影响短波通信系统的通信质量和效率。在实际应用中，特别是在国防通信中，为增强短波通信的可靠性，通常采用大型复合短波天线阵，复合天线阵由多个分天线通过移相系统集合而成，大型复合天线阵占地广，功能单元数量多，天线的维护检查需要投入大量的人力物力。受天线集成度以及人员专业素养等因素影响，单纯人工的巡线检查基本发现不了电气故障，天线维护的投入和维护效能不成比例。研究能够在线检测天线故障的方法，可以有效减少维护成本，提升大型短波天线阵的通信效能。
1 常规驻波比测试天线检测技术
天线的驻波比是天线驻波波腹电压与波谷电压幅度之比，当驻波比为1时，表示天线与设备完全匹配，是一种理想的技术指标，当驻波比无穷大时，表示天线与设备完全不匹配，驻波比是表征天线和发射接收设备匹配效率的重要技术指标。
大型短波天线阵通常由多个分天线组成，分天线一般由天线振子、硬馈、大吊线、下引线、馈线、变阻线、主馈线等部分组成。当天线部件老化或遇恶劣天气导致天线的阵子、集合线发生断裂或变形，引起整个天线电气性能会发生变化，分天线和天线阵的驻波比会发生变化，降低天线的转换效率。图1所示的是某大型故障天线维修前后的驻波比变化图，可以看出天线故障后，驻波比明显增大，而维修后明显减小。天线日常维护中，通常通过测试天线的驻波比对天线进行检测，当天线的驻波比超过一定比值时，反映为天线通信效果较差，需要全面检修检查。对于大型的复合短波天线阵，驻波比测试通常采用三级测量方式，通常在分天线、天线根部和终端处进行测量比较，通过比较判断具体的天线故障位置。分天线测量时需要使用阻抗转换器，转换成设备常用的阻抗输出，再通过天馈线测试仪测量其驻波比。大型天线通常通过调相器整合各分天线的输出，在天线根部测量天线驻波比，需要卸下与调相器连接的主馈线，连接天馈线测试仪至调相器测量其驻波比。
理想状态下，天线的驻波比需要在天线的馈电端测量，但天线馈电点常常高悬在空中，一般只能在天线电缆的下端测量驻波比，这样测量的驻波比是包括电缆在内的的整个天线系统的驻波比。在实际使用中，由于馈线下端呈现的阻抗特性与天线的阻抗不完全匹配，且电缆存在损耗，因而实际测出的驻波比会比真实驻波比要低。
基于三级驻波比测试的方法可准确反映天线性能，通过驻波比对比值可检测每副分天线的性能，同时也能准确定位天线主馈线等故障部位，便于针对性维护维修。但该方法测量过程中需要拆卸馈线和天线部件的接头，测试完成后如各馈线与天线部件的连接处密封不严，容易进入灰尘，也容易受潮发生锈蚀，影响电气性能。测试过程需要经常拆卸天线部件接头，会造成接头磨损，影响使用寿命。
图1 故障天线天线维修前后驻波比对比图
2基于信号频谱密度比较的天线检测技术
短波天线场大都在相对集中的位置，由多副相同类型的大型天线阵构成，相邻天线在近似通信角度上的信号接收能力相差不大。针对短波天线场的特点，本文设计了基于信号频谱密度检测的多通道短波天线监测系统，系统实现框图如图2所示。该系统通过PCI板卡式信号采集器对多副天线信号进行自动采集，系统扫描带宽从25KHz到2MHz，信号接收灵敏度为-130dBm,动态范围100dB。可同时实现对多副天线的接收信号谱密度监测，可以对单个频点的谱密度峰值监测、记录、对监测大信号自动截屏等功能，达到多副同类型天线接收性能监测的目的，实现界面如图3所示。
图3 信号谱密度比较图
该系统还可实现对多通道固定频点的信号采集记录，实现方法为：设定固定频点信号采集电平，当电平大于预设值时，对其进行记录，再对照接收时间，查看电平值是否有大幅度变化。能够对相同类型天线频谱性能进行对比，通过多通道对照显示，观察频谱，相同角度大范围频谱变化对应的天线性能较弱。能够实现信号频谱记录查询功能，通过记录，可回看查询信号频谱。
3、结束语
短波通信天线检测是及时发现天线故障，提升天线通信效能的有效方法，针对常规驻波比检测中需要频繁拆卸天线连接部件等缺点，本文设计研制了基于频谱密度的天线实时检测系统，通过检测对比多副天线的频谱密度，能够及时发现天线故障，通过对比可以发现天线电气性能的变化，进而有针对性的对天线进行进一步的检修维护，以确保天线通信效率。
参考文献：
[1]赵英龙．天馈线系统驻波比的监视[J]．硅谷，2011（14）
[2]李铮,戴文龙.无线电台天线驻波比浅析[J].电子技术，2011(12)
[3]杨吉祥.大型短波鱼骨天线实时故障检测方法研究[J].科研,2016(16)
[4]李浩祥,柳超,刘红光. 短波鱼骨天线及其阵列的研究[J]. 计算机与数字工程,2012(7)
[5]邓超,孙莉. 基于反射系数的短波天馈线检测研究[J]. 通信技术. 2012(8)
论文作者:尹训锋,贾娟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/20
标签：天线论文; 驻波论文; 短波论文; 频谱论文; 通信论文; 信号论文; 密度论文; 《防护工程》2018年第27期论文;