短波天线调谐器调谐失败问题的解决方法

祝彪

【摘要】 短波天线调谐器技术是实现发射机与天线匹配和高效率耦合的最有效的方法。本文介绍了天线配谐试验中的调谐失败问题，深入研究了使用天线模拟器解决这一类问题的方法，并通过试验证明该方法可行性。

【关键词】 短波天线调谐器 天线模拟器 矢量网络分析仪

一、引言

短波通信[1]效果的好坏，与天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素密切相关，因此在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。常用的天线一般分为宽带天线和窄带天线。实现宽带天线相对困难，其中最有效的方法就是在发射机与天线之间使用天线调谐器，实现发射机与天线的完全匹配，将发射机信号最大效率地向空中发射出去[2]。本文针对短波天线调谐器与天线的匹配问题进行了详细的论述，并对解决该问题的方法进行了深入的探讨。

二、天线配谐试验中的失谐问题

短波电台发射机输出阻抗约为50Ω，而短波天线的阻抗特性随频率变化比较明显，一般从几欧姆到几百欧姆，甚至达到千欧级别，此外，天线的阻抗还受到相应工作环境的影响，如机载天线，车载天线，舰载天线，飞机，汽车，舰船就是天线的一部分，这些因素给短波天调的配谐工作带来较大的困难，常常出现较多频点调谐失败的问题。实际工作中，由于不具备这些工作环境，以至于必须通过制作天线模拟器，模拟真天线的阻抗，在试验室中完成配谐工作。

三、天线模拟器的仿真

由于真天线的阻抗特性比较特殊，在全频段不好模拟，实际中往往针对调谐失败的频段进行仿真，做模拟器，以便快速解决调谐失败的问题。

要解决真天线调谐失败的问题，首先是在实际工作环境中进行配谐试验，找出调谐失败的频段，同时测量真天线的阻抗特性，对配谐失败的频段进行仿真。以图1为例，它是某机载天线通过矢量网络分析仪测得的2MHz～30MHz频率范围内阻抗特性图。在配谐试验中，发现16MHz和25MHz附近存在许多调谐失败的频点，因此，仅对10MHz～30MHz这一段频点进行仿真。

10MHz～30MHz天线模拟器原理图如图2所示：

由于该频段内的阻抗比较低，功率电阻选用的阻值是10Ω；整个频段是处于容性区，这时网络采用串接电感 L1和并联到地电容C2来实现阻抗变换，加入串联电容C1作为平衡调整器件。在仿真的过程中，对网络器件的取值进行调整，寻找10.7MHz，16.2 MHz、22.7 MHz、29.5 MHz作为关键点以达到最接近真天线阻抗特性的組合。考虑到这四个点在阻抗圆图中的位置比较均匀、特殊，因此当这四个点的阻抗仿真数据如图3所示，依次为3.78-j101.05，3.78-j55.33，3.78-j25.57，3.78-j4.65，而实测数据为1.59-j110，5.92-j52.8，1.73-j29，3.75-j4.56。两者比较接近属于允许范围内，即可认为网络器件取值调整到位。

将10MHz～30MHz天线模拟器仿真阻抗特性图与真天线阻抗特性图比较，在整个频段内阻抗分布相似，关键点的阻抗值接近真实测量值，确定该天线模拟器网络仿真完成。

四、天线模拟器的制作

天线模拟器本质上是电阻、电感、电容组成的简单网络，也就是将一个固定阻值的电阻，通过简单的网络变换为在特定频率段内呈现一定规律且连续的阻抗。其中电阻是满足一定功率容量的功率电阻，起到吸收功率，减小辐射的作用；电感和电容要具备高Q值，高耐压特性，起变化阻抗特性的作用。

通过仿真得到天线模拟器的网络形式及器件取值。以此为准进行实物的制作，在制作过程中由于印制板布线、网络器件实际值有误差等因素的影响，使实际的天线模拟器阻抗特性与真天线阻抗特性有些许差异，这时通过微调整网络器件实际取值来逐步完善，将差异最小化，完成天线模拟器的制作。

五、配谐试验

天线模拟器制作完成后，将其连接到短波天调上，对调谐失败的频点进行手动调谐，查找失败原因，修改调谐流程，将调谐失败的频点改好。

由于天线模拟器阻抗特性与真天线存在差异，2013年，设计人员将改好的天调安装在某飞机上进行真天线配谐试验，最终实现全频段的良好配谐，从而证明了该方法在解决实际问题时具有可行性。

六、结论

天线模拟器具有和真天线相似的阻抗特性，可在试验室中替代真天线使用，提高无线电通信设备的试验室测试结果准确性，提高生产效率和节约成本。

参 考 文 献

[1] 胡中豫.现代短波通信[M].北京：国防工业 版社，2003.

[2] 冯晓雯. 短波天线调谐器技术[J]. 军事通信技术， 2006，27（2）：51～54.