障礙物遮擋對天線性能的影響

障礙物遮擋問題，是短波通信當中的一個常見問題，尤其是對于體積、尺寸較大的短波偵收天線、測向天線影響較大。主要影響天線的方向圖和增益，進而影響通信效果。本文通過FEKO軟件仿真計算了不同形式的障礙物對兩大類短波天線的影響，量化地得出了障礙物對短波天線影響的程度和主要方面。

FEKO軟件是目前常用的電磁仿真軟件之一，經過實踐檢驗，對短波天線的方向圖、增益仿真較為準確，對實際工程設計具有較高的參考價值。

1 障礙物遮擋對全向天線的影響

天線按其波束輻射狀態(tài)可大致分為全向天線和定向天線兩種，本文研究的是水平面方向圖為全向和定向的天線。所有障礙物位置月均滿足遠場條件，如式(1)。

障礙物對天線的影響，主要是由于對障礙物方向的來波進行遮擋，影響天線的方向圖形狀，改變天線增益，從而降低通信效果。本文利用FEKO軟件對這一情況進行了仿真，模型中采用的全向天線是垂直單級子天線，頻率為30 MHz，天線高度為5 m，障礙物距離天線為10 m。

(1)無遮擋狀態(tài)下的全向天線方向圖如圖1所示，可看出水平面方向性為全向。

(2)在距離天線10 m處設置障礙物。障礙物高度5 m，寬10 m，天線方向圖仿真結果如圖2所示，在障礙物方向上，天線水平面方向圖凹陷嚴重，至少有3 dB的增益損失，同時，垂直面方向圖出現裂瓣。因此，若實際天線場地中有如此尺寸的障礙物，則該方向的信號接收將受到大幅影響。

(3)將障礙物高度不變，寬度縮短1/2。將障礙物高度降低到5 m時仿真結果如圖3所示，將障礙物寬度縮短1/2后，對天線水平面方向圖改善不大，對天線垂直面的方向圖改善較大，裂瓣較10 m寬障礙物較小，同時，障礙物方向水平面的增益損失也較10 m寬的較少些。

(4)障礙物高度減少1/2仿真結果。將障礙物高度減半后仿真結果如圖4所示，將障礙物高度降低1/2后，天線水平面方向圖改善較多，基本差別約零點幾dB，同時可看出，障礙物的寬度對垂直面方向圖的影響較大，這是由于耦合造成的。障礙物高度對水平面方向圖的影響主要是由于波束有一定仰角，低于仰角的障礙物對天線影響較小。

2 障礙物遮擋對定向天線的影響

定向天線與全向天線相比較，具有更高的方向性系數，從而廣泛應用于遠距離通信和信號偵收方面。由于定向天線的波束指向某一方向，本文主要分析其波束指向方位障礙物的影響。仿真模型為一副八木天線，頻率為20 MHz，架設高度為7.5 m，天線徑向長度為17 m，障礙物距天線為40 m。

(1)無遮擋狀態(tài)下天線參數。如圖5所示，在無遮擋狀態(tài)下，定向天線波束指向清晰，有一定方向性和仰角，后瓣較小，無旁瓣。

(2)障礙物15 m高、15 m寬狀態(tài)下仿真結果。圖6是天線受遮擋后的方位面和垂直面方向圖。從仿真結果可看出，經遮擋后，天線方位面方向圖產生裂瓣，且后瓣增大，天線主波束方向至少有3 dB的增益損失。同時垂直面方向圖也有裂瓣。

(3)障礙物寬度減至7.5 m狀態(tài)時天線仿真。圖7為障礙物寬度減半后方位面方向圖和垂直面方向圖的仿真結果可看出，將障礙物寬度減半后，對天線的方向圖影響不大。通過比較圖6和圖7可看出，對障礙物寬度的改變，方向圖和增益的改變3 dB。

(4)障礙物高度減半后天線狀態(tài)。將障礙物高度降低至7.5 m，寬度不變，仿真結果如圖8所示，通過比較圖5與圖8可看出，高度減半后，障礙物對天線方向圖的影響減弱，圖像基本一致。

(5)遮擋物高度減半，寬度增加為30 m。為分析障礙物寬度對水平極化天線的影響，將障礙物寬度增加，仿真結果如圖9所示。

通過仿真結果可看出，對于水平極化定向天線來說，影響其方向圖的主要因素是障礙物的高度，主要影響其增益及方向圖形狀，過高的障礙物不僅使方向圖產生裂瓣，而且使其后瓣變大，對于發(fā)射天線來說主要影響其通信距離和前后比，接收天線則影響接收信噪比。

3 結束語

通過對全向天線和定向天線收障礙物影響的分析，可得出結論：影響天線通信的障礙物最重要的因素是其高度。在條件允許的情況下，應盡量選擇無高大障礙物的場地作為天線架設處，同時，障礙物的高度不應高于波束仰角范圍。對于垂直極化的全向天線，障礙物的寬度對其垂直面方向圖影響較大，會產生裂瓣，對于水平極化的定向天線，障礙物的寬度對其影響較小。