在进行车载业余无线电运用时,除了选择好合适的车载电台外,天馈系统也要给予足够的重视。 车载移动收发天线的特点是天线的架设高度比较低,天线受车体的影响很大,车体既是天线辐射的障碍物也是天线辐射体的一部分,天线的工作环境与地形地物、车体结构、汽车的运动状态和周围的动态环境有着密切的关系。车载移动收发信天线要求在结构上能经得起机械震动和冲击,并且在受到震动和冲击时电气性能不起变化,同时要求天线的重量要轻,安装调整简单,不影响汽车的外观和驾驶安全等。业余无线电车载移动天馈系统已经发展成为一个相对独立完整的部分,根据车载移动运用的特点而进行开发设计的天馈线系统,主要围绕轻小高效的原则。业余无线电车载移动收发信天线系统一直是业余无线电活动的自制设备之中最热门的领域,相对于固定台的大型天线系统而言,车载移动天线系统以其结构简单,容易制作,效果良好而吸引着业余无线电爱好者进行各种探索。

车载天线基础知识
市面上的车载式收发信天线大多数是V/UHF双频段的天线,这样只要一条天线就可以同时进行VHF频段和UHF频段的发射和接收,最适合与V/UHF双频段的车载式业余无线电收发信机配合使用。V/UHF频段车载运用的天线大多数选择的是有增益的天线,所谓有增益并不是在天线上装入放大器,而是通过对天线结构的适当设计,使辐射的电波在某处产生叠加效果,同时将其他方向发射的电波抑制,其总体的效果就是使电波集中地向某个方向辐射,在这个方向辐射就有所加强。要使天线工作在谐振匹配状态下,天线系统才能发挥最好的辐射效能,所以天线的长度都要求是所工作波长的整数倍关系, 如1/4波长、1/2波长、5/8波长等。一般来说天线越长,其辐射效果就越好,增益也越高。为了能进一步提高车载天线的增益,可以把多段基本振子按一定的措施层叠起来,如双段1/2波长天线、5段5/8波长天线等等。通常天线既可以进行电波的发射,同时也可以接收电波,并且在性能上是完全一致的,也就是说如若天线系统的发射效果好,则其接收性能也会很好,发射和接收的增益和方向性是一样的,这就是所谓的天线互易性质。
一般车载的收发信天线都是采用垂直极化天线,这种天线在水平方向上是均匀辐射的,也就是说是全向辐射(或无方向性)的,这对于车载使用非常重要,它可以让我们不需要在行驶中费神去对准天线的方向。而在垂直方向一般是使电波向水平(地平面)集中,增益越高的天线,电波就越是扁平地向外辐射。这种高增益的天线若是用于进行汽车与汽车之间通信时,由于大家都基本在同一个水平面上,因此通信效果将有很好的改善。但如果这种天线是用于中短距离上的业余中继台通信时,由于业余中继台一般被设置在位置比较高的地方,汽车和业余中继台并不在同一个水平面上,这时的通信效果就会不如增益比较少的天线。
对于短波的车载天线,由于汽车天线高度有限制,所以都只能采用1/4波长加感缩短天线的形式,这样的天线是负增益的,而且决定天线辐射的总体效果除了看得见的天线部分之外,还有看不见的地线部分也在参与电波的辐射,因此车载短波天线的地线部分也决定着天线的性能。车载天线的地线部分是靠天线座的感应把地线的高频电流感应到车壳部分,对于V/UHF频段由于其频率比较高,车壳的尺寸接近或大于1/4波长,因此天线依靠车体已经可以很好地辐射电波。但是对于HF的情况就不同,一方面是它的工作频率低,波长比较长,使车壳对于低频率电波来说就显得很小,不足以产生有效的辐射效果,另一方面天线座和车壳间的感应电容对低频率的电波也显得很小,通过天线座感应到车壳上的高频电流也很弱。这两种因素使得HF天线在车载时的辐射效率变得很低。解决的办法是把天线的地线直接和车壳进行连接,再想办法增大车体和地面的接触,使高频电流除了在车体产生辐射之外,还能流入大地增大辐射效果。在车载运用HF频段进行操作时,因为需要频繁地转换波段和频率,而在行驶中不可能随时停下来调整天线,另一方面,车载的HF天线由于天线长度和车体接地小等因素的影响,天线的谐振阻抗会比较高,很难与收发信机要求的50Ω相匹配,所以,需要在收发信机和天线之间加入自动天线调谐器,通过自动天线调谐器进行匹配调整,使天馈系统随时处于匹配状态。YEUSE出品的主动调谐天线实质也是一种自动天线调谐器,只不过这种天线是采用直接调整天线上的加感匹配线圈来取得匹配,其功能上可以说是一样的,但这样的设计减少了中间环节的损耗,辐射效果会更好。
选择车载天线要点
要挑选一条适合自己的天线,首先是要看你需要进行本地通联还是要进行远地通信,若经常是用作在市区范围里通过业余中继台进行通联,则可以挑选短小轻量的小天线,因为在市区移动环境中杂乱的人为干扰比较大,短小的天线接收增益较低,对周围的干扰信号的敏感度低,干扰信号不容易使收发信机的接收部分过载。而且短小天线的辐射仰角比较高,容易和业余中继台相匹配,天线的增益小一点对于收发业余中继台的信号影响不大,反而能使接收的信号更清晰稳定。同时,短小的天线也不用担心刮到路边树木、电线、广告牌等低矮物品,还能方便进出地下停车场和矮天桥底等地方。当用于郊外车辆之间进行直接通信联络时,适宜采用比较长的天线,在郊外的人为干扰比较小,地形比较开阔,在水平方向的阻挡比较小,高增益的天线可以增加车辆之间的通信距离。短波车载收发信天线有单频段和多频段之分,一般单频段的短波车载天线的结构比较简单,机械强度比较高,天线坚固耐用,天线的工作频带相对较宽,但要改换频段时需要停车对天线进行重新设置。多频段的短波车载天线刚好相反,可以在行驶的过程中随时变换工作频率,但天线比较复杂,重心较高,机械强度比较低,只适合在比较平坦的路面行驶中使用。挑选天线时除了选择适合的频带以外,还要比较天线的长度、重量和增益,受道路安全的限制,天线的长度一般在2.5m以下,超过这一长度的天线只适合在车辆停放状态下固定使用。天线的重量越轻,就越容易牢靠地固定在车上,同时天线的惯性也小,不易受车辆急刹车和跳动等冲击的影响。如前所述,车载移动天线的增益和天线的长度有关系,但同时也与制造的精密程度和所使用的材料有关。车载移动天线的增益用dBi表示,它是与标准1/4波长偶极子天线相比较得出的。在挑选天线时还要比较天线的制作质量,天线的防水密封性要好,所选材料要好,设计合理,天线的重心要适当等等。比较好的天线振子是采用弹性好的钢丝,加工成下粗上细,外面先镀铜再镀亮铬,这样的天线振子风阻小,受力弯曲后很快自动复原,高频损耗小,耐候性好。有些天线为了防止天线振子被刮断,在天线振子的根部安装弹簧装置(如图1所示),有些天线为了方便车辆通过地下停车场和桥底等低矮的地方,振子设计成可曲折水平放置(如图2所示)。最后,还要根据不同的车型来挑选天线,在选定天线增益后,天线的长度应根据车辆的大小比例进行选择,使天线安装后能够与车辆的外型相协调,对爱车起到装饰的作用,为汽车的外观增加亮点。对于轿车可选择修长型的天线,对于越野车则可选择粗大狂野一点的天线。
为了把天线固定在车上,业余无线电爱好者设计出好几种天线固定装置,比较常采用的的有磁性吸盘座和天线夹两类,天线夹又可以分为车边水槽夹和车盖夹两种(如图3所示),可根据实际使用情况选用。通常磁性吸盘座多用于临时架设或需要经常拆装的使用情况,而且磁性吸盘座的附着力比较小,只适用于固定比较轻小的天线。采用磁性吸盘座的优点是安装比较灵活,但磁性吸盘座容易擦伤车顶的漆层。天线夹多用于固定安装,由于采用螺丝固定,安装比较坚固,适合于大型车载天线的安装。但采用天线夹安装时,其安装位置上的限制比较多。对于多频段的大型短波车载天线,为安全起见,需要专门加工制作特殊的天线夹,并且只能安装在前后保险杠上。有些天线夹具有可放倒功能,若天线比较长,进出车库或比较低矮的地方天线有可能被刮倒时,可暂时把天线放倒,比较先进的还可以通过控制电机使天线放倒,无需停下车来用人手操作(如图4所示)。还有一种固定天线的装置是把天线座直接粘在车的后玻璃上,这种天线座多是做成与天线一体化的,通过电磁感应使高频信号穿透玻璃传输到天线上,省却电缆穿出车外。这种天线系统因信号穿透玻璃传输时多少会有点损耗,所传输的功率不能太大,而且天线要求做得比较轻小,因此天线的增益不高,天线要做成多频段共用比较困难,只能用于UHF以上的频段。这种天线装置的最大特点是对车体的影响小,多用于高级轿车上。

3.天线馈线的选配
天线馈线要根据实际情况进行选配,一般的原则是尽量采用损耗低的高频电缆,电缆的长度尽量短,不要将电缆缠绕盘起,装设时电缆不要靠近车内的行车电脑、中控锁和其他感应器等,以免收发信机工作对这些设备产生互相干扰,直接影响行车安全和通信效果。有一种采用特富龙高频材料制造的高频同轴电缆,不但高频特性好,高频损耗比普通同轴电缆低很多,而且还具有耐高温和功率容量大等优点,在相同的损耗和功率容量要求下,可以选用比普通材料的同轴电缆细得多的同轴电缆,更细小的电缆就更容易从汽车内引出来。
附:国外一些业余无线电车载移动天线的厂商网址:
DIAMOND
http://www.diamond-ant.co.jp/
HOKUSHIN
http://www.maldol.co.jp/
COMET
http://www.comet-ant.co.jp/
SAGANT
http://www.sagant.co.jp/
OUTBACKER
http://outbacker.com.au/
部分业余无线电车载无线产品的特性可见本期配刊光盘的“本期程序”文件夹中的相关资料。
(文/吴国光)

