摘要：天线的作用是由发射机馈送来的高频信号能量(携带已调波信息)转换成电磁波能量，并以电磁波的形式辐射出去，或者将电磁波接收下来转换成高频信号能量。无线电技术是对频谱资源从时间、空间和频率等多维度的重复利用和共享。软件无线电电台的核心思想是设计实现一个具有开放的、标准化的、模块化的通用硬件平台，将各种通信功能如调制解调方式、工作频段、数据结构、通信协议、加密方式等用软件的方式来实现，通过加载不同的波形软件实现不同的通信需求及功能。而无线电平台由原先的模拟电路过渡到数字电路，硬件也由独立元件向超大规模集成元件、可编程模块化发展，通信能力也由单模式、单波段、单功能向多模式、多频带、多功能发展。
关键词：天线；无线电；系统；作用；维护
引言：发射天线将高频已调波变换为空间传播的自由电磁波的能量，并将电磁波辐射到预定的地区。在接收端，接收天线将无线电波的能量变换为高频电流经馈线传送到接收机。在无线通信系统中，通常天线不会像在电子学中发生的那样，小型化到被芯片所取代。可见，作为无线通信设备射频前端重要组件的天线，是无线通信系统不可缺少的部分。在无线电技术领域中，都是依靠空间传播无线电波来传播信息的，无线电波的传播和接收都必须依靠天线来完成。
1 天线基础
天线无处不在：在家庭或工作场所，在汽车或飞机的交通工具中，在太空里的卫星等等。天线提供了各种频率、用途、性能要求来满足人们对通信的需求。日常生活中，常见到的天线有手机天线、电视天线、雷达天线等等。天线在通信系统中的扮演一个重要的角色，它将传输线上的导行波转化为电磁波向周围空间发射，另一方面把空间中的电磁波信号将其转化为电传输线上的导行波。具体的信号传输过程是射频信号经过射频的发射机输出，信号经过传输线的传输到天线，再由天线以电磁波辐射方式向周围的空间传播。当电磁波到达接收地点后，由天线接收下微弱的电磁波信号，把电磁波信号转化为电信号，经过传输线输送到无线电接收机。在通信中，天线在接收和发射电磁波的上是不可或缺的，无线电通信没有天线的支持将无法正常工作。不同结构的天线的接收和辐射不同的电磁波，天线的结构决定了天线不能超过工作的频率范围，否则天线将无法正常工作。
2 天线的结构
天线采用双端口微带线馈电，由两部分组成，分别是超宽带感知天线和窄带的可重构天线。为了提高感知天线与重构天线间的隔离度、抑制干扰，采用了感知天线与重构天线不共地的结构，同时馈电的方向上是不同方向的方式。超宽带的感知天线的辐射部分采用十二边型贴片，这样的设计使得电流的路径尽可能的多，中间的开槽是起到了匹配微带馈线的功能，使其工作能够覆盖在3.1-10.6GHz（UWB），满足FCC对认知无线电中超宽带感知天线的频率覆盖范围。可重构的感知天线通过激光控制两个的硅片开关SW1、SW2的通断，实现改变天线的电长度，使其工作在我们所需要的频段。其中，当开关SW1、SW2的为OFF时，重构天线工作在高频段；当SW1为ON，SW2为OFF时，重构天线工作在中频段；当SW1、SW2为0N时，重构天线工作在低频段（case3），经过HFSS13优化仿真后的天线的参数是：L=60mm，W=26mm，Lg=8.8mm，Lc=16mm，Wc=2.6mm，L1=7.5mm，L2=1.68mm，L3=17mm，L4=4.2mm，L5=6mm，L6=14mm，L7=16mm，W1=2.6mm，W2=1.4mm，W3=2mm，W4=24mm，W5=9.5mm，W6=3mm，W7=2.5mm，W8=3mm。
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3 智能天线技术
网络应用更是逐步普及，慢慢实现了万物互联的时代。为了提高移动通信系统的承载能力，经历了时分复用（TD）、频分复用（FD）、码分复用（CDMA）等频率资源应用历程。在无线通信链路中，智能天线的应用实现了点对点的传输，有效的提高了通信效率，增加了网络容量，减少了相互干扰。智能天线能够将电波信号集中在某个特定的方向上，使收发之间建立起近似的点对点无线通信链路，为系统容量带来的巨大的提升。智能天线为无线通信系统的空分复用成为现实，将空间划分成不重叠的若干子空间，每个通信链路占用其中一个子空间，从而实现信号的无干扰传输。从而智能天线技术成为5G移动通信系统关键技术之一。智能天线利用信号时域均衡、码匹配滤波、信道编码等技术，采用定向扇形天线、天线分集、小区分裂等方法，来提升网络带宽。智能天线通过将普通天线的宽波束变成窄波束，使辐射能量集中在有效的范围内，这不仅带来了两个通信用户之间的信号增强，同时也使他们的电波信号对其他用户的干扰降低。智能天线，借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异，通过赋予各个单元天线不同的权值，形成的合成信号主瓣对准有用信号，低增益副瓣对准主要的干扰信号，从而提高通信质量，并有效的抑制干扰。另外，由于无线通信环境中有障碍物存在，且电波在传播过程中碰到障碍物时会发生散射。这使得到达接收台的信号往往是多个电波信号的叠加。相反相位的电波信号叠加时信号会发生衰减，从而导致信号盲区的产生。如果接收台刚好在这个盲区当中，则不能正确接收到发送方传来的信号。
4 天线在无线电系统中的作用与维护
天馈系统由发射机出来后经主馈管、功率分配器、分馈电缆，最后到达天线。主馈电缆和分馈电缆由厂家生产的标准传输线根据阻抗要求、接口形式、功率承受等来选择和制作。如果主馈电缆到达天线时是多部天线，就要有一个功率分配器，将功率平均分配给各部天线。如果是多层天线的陈列，也可以对上下两部分天线实行不平均分配，上部天线功率馈入大一些，下部分天线馈入小一些，以达到把天线的波形向下压，形成一个下倾角度，实现波束下倾及零点填充。天线有全向天线、定向天线之分，全向天线表现在与大地平行平面上有各向同强度辐射特性。如果想要得到较高增益的全向效果，就得用高增益定向天线组成多面多层天线阵，比如我们常用的四层四面天线，要用多根分馈电缆与功率分配器连接。分馈电缆可以选择四面等长形式，即同相位馈点，也可选择四面相差90度相位(依次递增或递减四分之一波长)的不等长形式，即旋转相位差馈电。目前，由于多频道需要共用一部天线，旋转相位差馈电得到广泛应用。其原因是这种馈电方式在低驻波比条件下有效地展宽了天线系统的工作带宽，再配合四面天线依次偏置0.18倍的波长，会得到比较好的圆波场形。天线设备的维护天线设备的绝大部分暴露在外面，由于环境恶劣，易发生接触不良、破损、腐蚀、生锈等故障，这类故障大部分可以通过定期检修和维护将其消灭于萌芽状态。对于天馈线的维护，首先是直观检查，检查天馈线的所有接口接触是否良好，接口的密封情况是否良好，发射机正常工作后，检查发射机与天线连接的主馈管及法兰盘是否有升温的情况，按时巡机并查看发射机的驻波比指标。
结语：总而言之，天线作为一个独立的器件，不会被电子芯片取代，在无线通信设备中天线是非常重要的器件之一。本文对天线在无线电系统中的作用与维护做具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士一定的借鉴和启发。
参考文献
[1]赵勇.认知无线电的发展与应用[J].电讯技术,2009,49(6):93-101.
[2]郭彩丽,张天魁,曾志民,等.认知无线电技术的国内外发展和研究现状[J].现代电信科技,2006(6):29-34.
论文作者:晏友群
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/25
标签：天线论文; 信号论文; 电磁波论文; 无线电论文; 发射机论文; 工作论文; 频段论文; 《基层建设》2019年第24期论文;