郭 娜（國家新聞出版廣電總局七二五臺(tái)，山西晉中，030600）

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談大功率短波寬帶天線的收發(fā)開關(guān)

郭 娜
（國家新聞出版廣電總局七二五臺(tái)，山西晉中，030600）

摘要：本文首先研究和探討了大功率短波寬帶天線和大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)設(shè)計(jì)的意義和價(jià)值，并對(duì)一種大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)的設(shè)計(jì)展開研究和探討，為大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)的研究和設(shè)計(jì)提供資料參考。

關(guān)鍵詞：大功率；短波寬帶天線；收發(fā)開關(guān)

天線是一種實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行波與自由空間波轉(zhuǎn)換的設(shè)備，無論是通信、廣播、電視、導(dǎo)航都需要天線來接受無線電波?，F(xiàn)代軍事通信中，為了實(shí)現(xiàn)保密、安全的通信需求，能夠滿足調(diào)頻、擴(kuò)頻等通信技術(shù)的大功率短波寬帶天線得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。近年來，隨著軍用和民航用領(lǐng)域?qū)π⌒突蠊β识滩▽拵炀€需求的不斷提高，很多科研人員和企業(yè)投入到大功率短波寬帶天線的研發(fā)中。而大功率短波寬帶天線的收發(fā)開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，直接影響著寬帶天線的轉(zhuǎn)換效率、功耗及穩(wěn)定性，而且還是減小天線占地面積和降低天線架設(shè)難度的重點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)一種能夠滿足低功耗、小體積、高穩(wěn)定性、高效率的大功率短波寬帶天線的收發(fā)開關(guān)，則成為大功率短波寬帶天線設(shè)計(jì)制造中重點(diǎn)研究的課題。

1 大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)概述

1.1 大功率短波寬帶天線的幾種類型

想要開展大功率短波寬帶天線的收發(fā)開關(guān)設(shè)計(jì)，就必須充分了解大功率短波寬帶天線的類型。只有明確了不同類型大功率短波寬帶天線的收發(fā)開關(guān)設(shè)計(jì)需要，才能有針對(duì)性的設(shè)計(jì)出符合要求的短波天線開關(guān)系統(tǒng)。隨著短波通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今大功率短波寬帶天線有很多不同的類型，其中最常見的短波寬帶天線類型包含以下幾種。

1.1.1 頻率無關(guān)天線

頻率無關(guān)天線又被成為非頻變天線，這種天線物理尺寸隨著工作頻率及相應(yīng)的頻率變換，而電尺寸不變，天線的性能也不會(huì)發(fā)生于頻率有關(guān)的變化。這種天線主要有兩種，第一種是天線形狀由信號(hào)發(fā)射和收發(fā)角度決定，第二種則是適當(dāng)改變天線的尺寸比例。

1.1.2 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的寬帶振子天線

天線的長(zhǎng)細(xì)比決定其帶寬，通過加粗粒子直徑我們能夠獲得帶寬的增加。因此，可以通過加粗振子直徑來展寬阻抗帶寬，但為了獲得粒子帶寬的增加，需要將圓柱形天線展開成為漸變的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱錐形天線，這種錐形天線輸入阻抗與方向圖頻率無關(guān)，因此，有限長(zhǎng)度的寬角錐形天線和盤錐天線具有更好的帶寬特征。

1.1.3 寬帶行波天線

行波天線是指電流或電壓分布能夠用一個(gè)或多個(gè)研同一方向傳播的行波標(biāo)示的天線。這種天線有電流沿著天線表面?zhèn)鞑ハ蚩臻g敷設(shè)和在終端下加在匹配負(fù)載，吸收反射波能量?jī)煞N，其中最具代表性的就是菱形天線。

1.1.4 寬帶加載天線

寬帶加載天線將電抗元件或網(wǎng)絡(luò)置于天線某一部分，以實(shí)現(xiàn)提高天線增益或增大天線帶寬的目的。加載位置可以在天線的內(nèi)部，也可以在天線的輸入端，加載點(diǎn)也可以使一個(gè)或多個(gè)。目前這種有源寬帶加載天線比較常見。

1.2 大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)研究的意義和價(jià)值

高頻地波雷達(dá)利用垂直極化波，在海水表面繞射傳播，能夠探測(cè)到視距以外的海上移動(dòng)船只和物體。在海上探測(cè)高頻雷達(dá)中，一般采用相控陣天線或交叉環(huán)天線。這兩種天線由于功率要求較大，因而其口徑和外形十分巨大，不僅建設(shè)資金消耗量大，而且對(duì)建設(shè)場(chǎng)地還有嚴(yán)格的要求。正因如此，這種天線并不適合信息化和機(jī)械化現(xiàn)代軍隊(duì)發(fā)展對(duì)天線便攜性的需求，必須通過一定的技術(shù)處理，實(shí)現(xiàn)天線的便攜，才能增加安全性和使用效率。

為了實(shí)現(xiàn)這一目的，近年來關(guān)于大功率短波寬帶天線和收發(fā)開關(guān)的研究很多，但主要還是適用于微波雷達(dá)和微波通信，這種小功率的新產(chǎn)品，并不能用于大功率雷達(dá)上。受技術(shù)影響，國內(nèi)應(yīng)用于短波段的大功率收發(fā)開關(guān)研究比較少。但也出現(xiàn)了通過式大功率收發(fā)開關(guān)等優(yōu)秀產(chǎn)品，這類收發(fā)開關(guān)解決了調(diào)頻干擾設(shè)備中收發(fā)功用的難題，但其信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間卻過長(zhǎng)。還有一種高頻地波雷達(dá)OSMAR2000收發(fā)開關(guān)，雖然電路簡(jiǎn)單，但其門控脈沖電路卻比較復(fù)雜而且長(zhǎng)時(shí)間工作容易燒毀，并且還有著硬件系統(tǒng)不穩(wěn)定、工作時(shí)長(zhǎng)短、系統(tǒng)復(fù)雜，信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)、噪音大等問題。

最近有科研單位研究了一種高頻雷達(dá)大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，這種收發(fā)開關(guān)利用高頻地波雷達(dá)的單極子作為收發(fā)通道，使其中的交叉環(huán)作為接收通道，實(shí)現(xiàn)了由一根天線三收收發(fā)的公用，不僅使高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)單，而且天線的架設(shè)也更容易。這種大功率短波寬帶天線的收發(fā)開關(guān)使用了新的硬件系統(tǒng)，滿足了大功率短波雷達(dá)長(zhǎng)時(shí)間工作的需求，該研究以一種快速穩(wěn)定工作的開關(guān)脈沖生成電路作為保護(hù)電路，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、長(zhǎng)時(shí)間的工作，并具有更高的使用穩(wěn)定性、更短的信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間、更小的功率和耕地的功耗。

2 一種大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)設(shè)計(jì)

本文對(duì)一種比較優(yōu)秀的大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)探討，為大功率短波收發(fā)開關(guān)的設(shè)計(jì)提供參考。

2.1 大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

這種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)主要包括保護(hù)電路、單極性脈沖電路和開關(guān)電路三個(gè)部分。開關(guān)電路分為發(fā)射機(jī)到天線的發(fā)射電路和天線到接收機(jī)的接收電路兩部分。為了提高收發(fā)開關(guān)的安全性，采用保護(hù)電路為防雷電保護(hù)或過流保護(hù)，并用單極性脈沖電路為收發(fā)共用提供門控大脈沖，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖一所示。當(dāng)雷達(dá)工作時(shí)，這種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)能夠快速、穩(wěn)定、可靠的實(shí)現(xiàn)發(fā)射期與接收期之間的切換。

（圖一）大功率短波發(fā)射機(jī)開關(guān)系統(tǒng)

2.2 大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)的開關(guān)電路

開關(guān)電路由發(fā)射機(jī)到天線的發(fā)射電路和天線到接收機(jī)的接收電路兩部分組成，如圖二所示．在開關(guān)電路中，兩個(gè)PIN 管組成對(duì)稱式雙 PIN二極管結(jié)構(gòu)，其兩端為穩(wěn)定的12V 直流電壓，中間為單極性脈沖電路提供的單極性脈沖電壓， 這種電路結(jié)構(gòu)不僅提高了隔離度， 而且有效地抑制了脈沖電壓對(duì)電路充電和放電，使控制脈沖的前后邊沿更陡峭， 從而明顯地提高了開關(guān)速度，并且較大的正負(fù)偏壓進(jìn)一步提高了開關(guān)的速度。

在發(fā)射期： 由圖（a）所示單極性脈沖電路產(chǎn)生的TP為 0V ，TB1為240V，TB2為24V， 此時(shí)，D11和D12均正偏，呈現(xiàn)電阻特性，大功率發(fā)射信號(hào)以很小的插入損耗進(jìn)入天線；D21和D22均反偏，呈現(xiàn)電容特性，由于反偏電壓很大，容值很小約為0.62PF，因此保護(hù)了接收機(jī)；D3反偏，D4、D5、D6、D7均正偏，整個(gè)接收支路對(duì)發(fā)射信號(hào)的隔離度達(dá)到98dB，從而使發(fā)射信號(hào)以很小的損耗進(jìn)入天線。

在接收期，由a所示單極性脈沖電路產(chǎn)生的TP為12V ，TB1為0V，TB2為0V，此時(shí)， D11和D12均反偏，呈現(xiàn)電容特性，容值很小，約為2pF，對(duì)由天線接收的回波信號(hào)呈現(xiàn)一個(gè)較大的阻抗，從而使小功率回波信號(hào)在發(fā)射支路被阻斷；D21、D22、D3均正偏，呈現(xiàn)電阻特性，正偏電流均為60mA，阻值約為0.7Ω，從而使小功率回波信號(hào)以很小的傳輸損耗經(jīng)接收支路進(jìn)入接收機(jī)。

2.3 大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)的單極脈沖電路

單機(jī)性脈沖電路為本系統(tǒng)的核心，為開關(guān)電路提供門控脈沖，通過控制PIN二極管的偏置極性，實(shí)現(xiàn)大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)發(fā)射期和接收期的交替工作。

綜上所述，大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)的研制，對(duì)大功率短波收發(fā)機(jī)天線的便攜性提高具有重要意義。本論文中談到的大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)實(shí)現(xiàn)了一根天線收發(fā)共用的目的，有效的降低了天線占地面積和架設(shè)難度，具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

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（圖二）大功率短波寬帶天線收發(fā)開關(guān)電路示意圖

On the receiving and transmitting switch of high power short wave broadband antenna

Guo Na
（state press and Publication Administration of radio and television seven two five Jinzhong Shanxi 030600）

Abstract：First，this paper studies and discusses the significance and value of high power shortwave broadband antenna and high power shortwave broadband antenna transceiver switch design，and the design of a high power shortwave broadband antenna duplexer launches the research and the discussion，providing references for the research and design of high power shortwave broadband antenna duplexer.

Keywords：high power；short wave broadband antenna；transmit and receive switch