郭少波

摘 要：在移動通信基站覆蓋不好、信號較弱的情況下，以天線理論為基礎(chǔ)，正確安裝區(qū)域自動氣象站天線。根據(jù)實際情況，有針對性地選用天線以增強(qiáng)無線模塊的收發(fā)性能，并在應(yīng)急狀態(tài)下采用簡易方式制作的天線，以保證氣象數(shù)據(jù)不間斷、穩(wěn)定的傳輸。

關(guān)鍵詞：區(qū)域自動氣象站；天線；安裝；選用

中圖分類號：TN821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）12-0144-02

隨著氣象服務(wù)的需求和氣象事業(yè)的發(fā)展，區(qū)域自動氣象觀測站（以下簡稱“區(qū)域站”）遍布鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村，這是為了采集區(qū)域氣象數(shù)據(jù)，按照行政區(qū)域、地理經(jīng)緯度設(shè)點(diǎn)建設(shè)的。區(qū)域站作為一個無線終端，大多采用移動、聯(lián)通的GPRS數(shù)據(jù)傳輸（無人區(qū)北斗衛(wèi)星傳輸除外），然而在人員活動稀少區(qū)域，由于基站信號覆蓋率不是很好，經(jīng)常出現(xiàn)不能通訊的情況，或是在幾個無線基站覆蓋的區(qū)域邊緣、幾個弱信號等同、區(qū)域站高頻區(qū)切換，這樣直接影響數(shù)據(jù)的傳輸率。為此，本文就如何正確安裝或因地制宜地安裝適合的天線系統(tǒng)進(jìn)行簡要闡述，這對氣象觀測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸有一定的現(xiàn)實意義。

1 區(qū)域站標(biāo)配的天線分析及安裝誤區(qū)

圖1是區(qū)域站常見的標(biāo)配天線，這種天線被稱為吸盤全向天線，也是垂直天線的一種，只有一個1/2或1/4波長的振子。在安裝時，必須注意的是吸盤所吸附的金屬物（周邊要大于1/4波長）要保持垂直狀態(tài)，吸附的金屬物要作為另一個振子存在。另一個要注意的問題是，與金屬物的水平距離要大于一個波長的距離（比如900 MHz的天線，3×108 m/s÷9×108 Hz≈0.33 m），這樣信號才能不被屏蔽或影響。如果安裝時將吸盤懸空或放在非金屬物上，那它只是一段導(dǎo)線而不是一個完整的天線，收發(fā)單元和天線系統(tǒng)將嚴(yán)重不匹配，也不能與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定鏈接，影響傳輸效率。下面是用天線仿真軟件對其進(jìn)行的分析，由此可以看出其中的區(qū)別。

從圖2中可以看出，如果將天線吸附在金屬上，且直徑大于1/4波長，SWR（駐波比）是1.4，天線的波瓣是均勻的，那它就是一個理想的天線，理論增益可達(dá)2.5 dbi。如果把懸空電波發(fā)射在一個沒有主波瓣，且駐波比為440的天線上，那它是一個很不匹配、效率近似于零的天線，具體情況如圖3所示。所以說，正確安裝天線是很重要的。

2 對弱信號或幾個基站信號等同的處理

為了采集特殊區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)離人口密集活動區(qū)域設(shè)點(diǎn)是經(jīng)常會遇到的問題，通訊運(yùn)營商基站覆蓋不好，信號微弱或者在幾個基站的邊緣，高頻信號的折射、反射等原因，都將直接影響氣象數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

2.1 選用高增益天線

如選用同軸共線天線陣，也就是玻璃鋼棒子天線，如圖4所示。

這是一種全向并聯(lián)諧振天線陣，在均勻、無損耗的傳輸線上，所有輻射單元間距相等，并且為某一頻率的1/2波長，所有輻射單元的阻抗都將并聯(lián)在一起，每個單元的電壓和電流是相同的。由于結(jié)構(gòu)上每1/2波長交替一次，每個單元的相位也是相同的，因此，特定的等幅同相只在這個頻率中成立，此時，在線陣的法向有最大的輻射。如果1/2波長段達(dá)到九節(jié)，理論上增益可達(dá)11.65 dbi，將大大提高弱信號的傳輸能力。這種天線還有富蘭克林天線等。

2.2 選用定向天線

選用定向天線可以集中接收基站信號，集中功率發(fā)射電波。當(dāng)幾個基站信號等同時，弱化其他基站的信號，鎖定一個基站的信號會有獨(dú)特的作用。

圖5是根據(jù)軟件計算900 MHz七單元八木宇田天線的設(shè)計圖，該天線的特點(diǎn)是方向性強(qiáng)。圖6是八木天線輻射仿真圖。從圖6中可以看出，它除了能最大鎖定主方向基站信號外，還能弱化其他基站信號，而且隨著單元數(shù)的增加，主波瓣會變窄，方向性會更強(qiáng)，增益會更高。它的駐波比可以通過饋電發(fā)夾調(diào)整。這種天線市面上有很多，重點(diǎn)是要選好頻率，安裝時確定好方向。定向天線還有很多，比如寬頻對數(shù)周期天線、碟型天線等。

3 應(yīng)急狀態(tài)下的處理辦法

基于數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和野外設(shè)備的特殊性，當(dāng)在野外維護(hù)設(shè)備發(fā)現(xiàn)是天線故障時，從時效性上講，不允許再往返準(zhǔn)備工具或換備用天線，這時可以采取下列兩種辦法處理問題。

3.1 現(xiàn)場制作簡易剝皮天線

計算出饋線1/4波長長度，用刀切去外絕緣皮，露出屏蔽網(wǎng)下翻，做好防水工作，用簡單支撐物將其支撐到一定的高度即可。在此過程中要注意，一定要距離大的金屬物一個波長的距離，具體如圖7所示。

筆者曾現(xiàn)場實踐過這種方式，做好防水措施，效果不錯，不失為一種好的應(yīng)急處理方式。

3.2 使用J型天線

如果沒有現(xiàn)成的商品備件，可以自制如圖8所示的J型天線。這種天線自帶地網(wǎng)，安裝高度可調(diào)整，理論上的增益可達(dá)3.5 dbi，比區(qū)域站標(biāo)配天線效果還要好。

由于無線傳輸所用的頻率較高，所以，其所用的天線尺寸都比較小。筆者曾按照尺寸用銅皮剪出天線振子，把它用防水膠帶纏在塑料窗簾架上，并固定在溫度傳感器橫臂上，解決了天線靈敏度問題，保證了數(shù)據(jù)上傳的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

正確安裝、匹配合適的天線是區(qū)域站穩(wěn)定傳輸氣象觀測資料的重要環(huán)節(jié)。區(qū)域自動氣象站信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立，使氣象部門獲得了一定時空密度的地面氣象觀測資料，這對精細(xì)化預(yù)報有非常重要的作用。所以說，維護(hù)好區(qū)域自動氣象站的每一個環(huán)節(jié)是非常重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]任朗.天線理論基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，1980.

[2]Xavier Lagrange.GSM網(wǎng)絡(luò)與GPRS[M].顧肇基，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

〔編輯：白潔〕

摘 要：在移動通信基站覆蓋不好、信號較弱的情況下，以天線理論為基礎(chǔ)，正確安裝區(qū)域自動氣象站天線。根據(jù)實際情況，有針對性地選用天線以增強(qiáng)無線模塊的收發(fā)性能，并在應(yīng)急狀態(tài)下采用簡易方式制作的天線，以保證氣象數(shù)據(jù)不間斷、穩(wěn)定的傳輸。

關(guān)鍵詞：區(qū)域自動氣象站；天線；安裝；選用

中圖分類號：TN821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）12-0144-02

隨著氣象服務(wù)的需求和氣象事業(yè)的發(fā)展，區(qū)域自動氣象觀測站（以下簡稱“區(qū)域站”）遍布鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村，這是為了采集區(qū)域氣象數(shù)據(jù)，按照行政區(qū)域、地理經(jīng)緯度設(shè)點(diǎn)建設(shè)的。區(qū)域站作為一個無線終端，大多采用移動、聯(lián)通的GPRS數(shù)據(jù)傳輸（無人區(qū)北斗衛(wèi)星傳輸除外），然而在人員活動稀少區(qū)域，由于基站信號覆蓋率不是很好，經(jīng)常出現(xiàn)不能通訊的情況，或是在幾個無線基站覆蓋的區(qū)域邊緣、幾個弱信號等同、區(qū)域站高頻區(qū)切換，這樣直接影響數(shù)據(jù)的傳輸率。為此，本文就如何正確安裝或因地制宜地安裝適合的天線系統(tǒng)進(jìn)行簡要闡述，這對氣象觀測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸有一定的現(xiàn)實意義。

1 區(qū)域站標(biāo)配的天線分析及安裝誤區(qū)

圖1是區(qū)域站常見的標(biāo)配天線，這種天線被稱為吸盤全向天線，也是垂直天線的一種，只有一個1/2或1/4波長的振子。在安裝時，必須注意的是吸盤所吸附的金屬物（周邊要大于1/4波長）要保持垂直狀態(tài)，吸附的金屬物要作為另一個振子存在。另一個要注意的問題是，與金屬物的水平距離要大于一個波長的距離（比如900 MHz的天線，3×108 m/s÷9×108 Hz≈0.33 m），這樣信號才能不被屏蔽或影響。如果安裝時將吸盤懸空或放在非金屬物上，那它只是一段導(dǎo)線而不是一個完整的天線，收發(fā)單元和天線系統(tǒng)將嚴(yán)重不匹配，也不能與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定鏈接，影響傳輸效率。下面是用天線仿真軟件對其進(jìn)行的分析，由此可以看出其中的區(qū)別。

從圖2中可以看出，如果將天線吸附在金屬上，且直徑大于1/4波長，SWR（駐波比）是1.4，天線的波瓣是均勻的，那它就是一個理想的天線，理論增益可達(dá)2.5 dbi。如果把懸空電波發(fā)射在一個沒有主波瓣，且駐波比為440的天線上，那它是一個很不匹配、效率近似于零的天線，具體情況如圖3所示。所以說，正確安裝天線是很重要的。

2 對弱信號或幾個基站信號等同的處理

為了采集特殊區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)離人口密集活動區(qū)域設(shè)點(diǎn)是經(jīng)常會遇到的問題，通訊運(yùn)營商基站覆蓋不好，信號微弱或者在幾個基站的邊緣，高頻信號的折射、反射等原因，都將直接影響氣象數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

2.1 選用高增益天線

如選用同軸共線天線陣，也就是玻璃鋼棒子天線，如圖4所示。

這是一種全向并聯(lián)諧振天線陣，在均勻、無損耗的傳輸線上，所有輻射單元間距相等，并且為某一頻率的1/2波長，所有輻射單元的阻抗都將并聯(lián)在一起，每個單元的電壓和電流是相同的。由于結(jié)構(gòu)上每1/2波長交替一次，每個單元的相位也是相同的，因此，特定的等幅同相只在這個頻率中成立，此時，在線陣的法向有最大的輻射。如果1/2波長段達(dá)到九節(jié)，理論上增益可達(dá)11.65 dbi，將大大提高弱信號的傳輸能力。這種天線還有富蘭克林天線等。

2.2 選用定向天線

選用定向天線可以集中接收基站信號，集中功率發(fā)射電波。當(dāng)幾個基站信號等同時，弱化其他基站的信號，鎖定一個基站的信號會有獨(dú)特的作用。

圖5是根據(jù)軟件計算900 MHz七單元八木宇田天線的設(shè)計圖，該天線的特點(diǎn)是方向性強(qiáng)。圖6是八木天線輻射仿真圖。從圖6中可以看出，它除了能最大鎖定主方向基站信號外，還能弱化其他基站信號，而且隨著單元數(shù)的增加，主波瓣會變窄，方向性會更強(qiáng)，增益會更高。它的駐波比可以通過饋電發(fā)夾調(diào)整。這種天線市面上有很多，重點(diǎn)是要選好頻率，安裝時確定好方向。定向天線還有很多，比如寬頻對數(shù)周期天線、碟型天線等。

3 應(yīng)急狀態(tài)下的處理辦法

基于數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和野外設(shè)備的特殊性，當(dāng)在野外維護(hù)設(shè)備發(fā)現(xiàn)是天線故障時，從時效性上講，不允許再往返準(zhǔn)備工具或換備用天線，這時可以采取下列兩種辦法處理問題。

3.1 現(xiàn)場制作簡易剝皮天線

計算出饋線1/4波長長度，用刀切去外絕緣皮，露出屏蔽網(wǎng)下翻，做好防水工作，用簡單支撐物將其支撐到一定的高度即可。在此過程中要注意，一定要距離大的金屬物一個波長的距離，具體如圖7所示。

筆者曾現(xiàn)場實踐過這種方式，做好防水措施，效果不錯，不失為一種好的應(yīng)急處理方式。

3.2 使用J型天線

如果沒有現(xiàn)成的商品備件，可以自制如圖8所示的J型天線。這種天線自帶地網(wǎng)，安裝高度可調(diào)整，理論上的增益可達(dá)3.5 dbi，比區(qū)域站標(biāo)配天線效果還要好。

由于無線傳輸所用的頻率較高，所以，其所用的天線尺寸都比較小。筆者曾按照尺寸用銅皮剪出天線振子，把它用防水膠帶纏在塑料窗簾架上，并固定在溫度傳感器橫臂上，解決了天線靈敏度問題，保證了數(shù)據(jù)上傳的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

正確安裝、匹配合適的天線是區(qū)域站穩(wěn)定傳輸氣象觀測資料的重要環(huán)節(jié)。區(qū)域自動氣象站信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立，使氣象部門獲得了一定時空密度的地面氣象觀測資料，這對精細(xì)化預(yù)報有非常重要的作用。所以說，維護(hù)好區(qū)域自動氣象站的每一個環(huán)節(jié)是非常重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]任朗.天線理論基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，1980.

[2]Xavier Lagrange.GSM網(wǎng)絡(luò)與GPRS[M].顧肇基，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

〔編輯：白潔〕

摘 要：在移動通信基站覆蓋不好、信號較弱的情況下，以天線理論為基礎(chǔ)，正確安裝區(qū)域自動氣象站天線。根據(jù)實際情況，有針對性地選用天線以增強(qiáng)無線模塊的收發(fā)性能，并在應(yīng)急狀態(tài)下采用簡易方式制作的天線，以保證氣象數(shù)據(jù)不間斷、穩(wěn)定的傳輸。

關(guān)鍵詞：區(qū)域自動氣象站；天線；安裝；選用

中圖分類號：TN821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）12-0144-02

隨著氣象服務(wù)的需求和氣象事業(yè)的發(fā)展，區(qū)域自動氣象觀測站（以下簡稱“區(qū)域站”）遍布鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村，這是為了采集區(qū)域氣象數(shù)據(jù)，按照行政區(qū)域、地理經(jīng)緯度設(shè)點(diǎn)建設(shè)的。區(qū)域站作為一個無線終端，大多采用移動、聯(lián)通的GPRS數(shù)據(jù)傳輸（無人區(qū)北斗衛(wèi)星傳輸除外），然而在人員活動稀少區(qū)域，由于基站信號覆蓋率不是很好，經(jīng)常出現(xiàn)不能通訊的情況，或是在幾個無線基站覆蓋的區(qū)域邊緣、幾個弱信號等同、區(qū)域站高頻區(qū)切換，這樣直接影響數(shù)據(jù)的傳輸率。為此，本文就如何正確安裝或因地制宜地安裝適合的天線系統(tǒng)進(jìn)行簡要闡述，這對氣象觀測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸有一定的現(xiàn)實意義。

1 區(qū)域站標(biāo)配的天線分析及安裝誤區(qū)

圖1是區(qū)域站常見的標(biāo)配天線，這種天線被稱為吸盤全向天線，也是垂直天線的一種，只有一個1/2或1/4波長的振子。在安裝時，必須注意的是吸盤所吸附的金屬物（周邊要大于1/4波長）要保持垂直狀態(tài)，吸附的金屬物要作為另一個振子存在。另一個要注意的問題是，與金屬物的水平距離要大于一個波長的距離（比如900 MHz的天線，3×108 m/s÷9×108 Hz≈0.33 m），這樣信號才能不被屏蔽或影響。如果安裝時將吸盤懸空或放在非金屬物上，那它只是一段導(dǎo)線而不是一個完整的天線，收發(fā)單元和天線系統(tǒng)將嚴(yán)重不匹配，也不能與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定鏈接，影響傳輸效率。下面是用天線仿真軟件對其進(jìn)行的分析，由此可以看出其中的區(qū)別。

從圖2中可以看出，如果將天線吸附在金屬上，且直徑大于1/4波長，SWR（駐波比）是1.4，天線的波瓣是均勻的，那它就是一個理想的天線，理論增益可達(dá)2.5 dbi。如果把懸空電波發(fā)射在一個沒有主波瓣，且駐波比為440的天線上，那它是一個很不匹配、效率近似于零的天線，具體情況如圖3所示。所以說，正確安裝天線是很重要的。

2 對弱信號或幾個基站信號等同的處理

為了采集特殊區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)離人口密集活動區(qū)域設(shè)點(diǎn)是經(jīng)常會遇到的問題，通訊運(yùn)營商基站覆蓋不好，信號微弱或者在幾個基站的邊緣，高頻信號的折射、反射等原因，都將直接影響氣象數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

2.1 選用高增益天線

如選用同軸共線天線陣，也就是玻璃鋼棒子天線，如圖4所示。

這是一種全向并聯(lián)諧振天線陣，在均勻、無損耗的傳輸線上，所有輻射單元間距相等，并且為某一頻率的1/2波長，所有輻射單元的阻抗都將并聯(lián)在一起，每個單元的電壓和電流是相同的。由于結(jié)構(gòu)上每1/2波長交替一次，每個單元的相位也是相同的，因此，特定的等幅同相只在這個頻率中成立，此時，在線陣的法向有最大的輻射。如果1/2波長段達(dá)到九節(jié)，理論上增益可達(dá)11.65 dbi，將大大提高弱信號的傳輸能力。這種天線還有富蘭克林天線等。

2.2 選用定向天線

選用定向天線可以集中接收基站信號，集中功率發(fā)射電波。當(dāng)幾個基站信號等同時，弱化其他基站的信號，鎖定一個基站的信號會有獨(dú)特的作用。

圖5是根據(jù)軟件計算900 MHz七單元八木宇田天線的設(shè)計圖，該天線的特點(diǎn)是方向性強(qiáng)。圖6是八木天線輻射仿真圖。從圖6中可以看出，它除了能最大鎖定主方向基站信號外，還能弱化其他基站信號，而且隨著單元數(shù)的增加，主波瓣會變窄，方向性會更強(qiáng)，增益會更高。它的駐波比可以通過饋電發(fā)夾調(diào)整。這種天線市面上有很多，重點(diǎn)是要選好頻率，安裝時確定好方向。定向天線還有很多，比如寬頻對數(shù)周期天線、碟型天線等。

3 應(yīng)急狀態(tài)下的處理辦法

基于數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和野外設(shè)備的特殊性，當(dāng)在野外維護(hù)設(shè)備發(fā)現(xiàn)是天線故障時，從時效性上講，不允許再往返準(zhǔn)備工具或換備用天線，這時可以采取下列兩種辦法處理問題。

3.1 現(xiàn)場制作簡易剝皮天線

計算出饋線1/4波長長度，用刀切去外絕緣皮，露出屏蔽網(wǎng)下翻，做好防水工作，用簡單支撐物將其支撐到一定的高度即可。在此過程中要注意，一定要距離大的金屬物一個波長的距離，具體如圖7所示。

筆者曾現(xiàn)場實踐過這種方式，做好防水措施，效果不錯，不失為一種好的應(yīng)急處理方式。

3.2 使用J型天線

如果沒有現(xiàn)成的商品備件，可以自制如圖8所示的J型天線。這種天線自帶地網(wǎng)，安裝高度可調(diào)整，理論上的增益可達(dá)3.5 dbi，比區(qū)域站標(biāo)配天線效果還要好。

由于無線傳輸所用的頻率較高，所以，其所用的天線尺寸都比較小。筆者曾按照尺寸用銅皮剪出天線振子，把它用防水膠帶纏在塑料窗簾架上，并固定在溫度傳感器橫臂上，解決了天線靈敏度問題，保證了數(shù)據(jù)上傳的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

正確安裝、匹配合適的天線是區(qū)域站穩(wěn)定傳輸氣象觀測資料的重要環(huán)節(jié)。區(qū)域自動氣象站信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立，使氣象部門獲得了一定時空密度的地面氣象觀測資料，這對精細(xì)化預(yù)報有非常重要的作用。所以說，維護(hù)好區(qū)域自動氣象站的每一個環(huán)節(jié)是非常重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]任朗.天線理論基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，1980.

[2]Xavier Lagrange.GSM網(wǎng)絡(luò)與GPRS[M].顧肇基，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

〔編輯：白潔〕