关注车载电台
车载天线系统的安装与调试

🏠 首页 《无线电》杂志 2004年 🔗 第7期 🔗 第41页 分类:通信世界 🔗 吴国光 🔗

要使车载天线系统能发挥最好的效能,安装与调试的工作就显得非常重要。在汽车上安装车载天线系统,除了要考虑到电性能之外,还要考虑机械性能,天线系统与车辆整体外观的协调性以及汽车行驶的安全性等因素。

车载天线的安装

通常车载天线架设高度越高,天线的辐射效果就越好,天线的辐射方向图也越接近于无方向性。大多数情况下,车载天线的安装位置如图1所示。经过实际测试可知,车载天线安装在车顶的正中央,其收发效果最好,这是首选的安装位置。业余无线电车载天线系统是采用垂直极化方式,在安装车载天线时需要使天线保持垂直安装,以充分发挥天线的接收和发射效能。若把天线歪往一边安装,不但会使天线收发垂直极化方式电波的效率降低,而且也会使天线的辐射方向图畸变,使原来无方向性的天线辐射特性变成有一定方向性的辐射,这样在车载行驶运用时会产生收发信号时强时弱的不良效果。采用磁性吸盘天线座安装天线时,为了防止天线座水平方向滑动造成对车顶盖等刮擦,一方面要选择磁性大吸力强的天线座,另一方面在装取的时候要把天线座垂直地拉起和放置。把要放置天线座的地方擦干净,不留沙尘脏物,还可以在磁性吸盘天线座底上贴上一层薄的绒布等缓冲垫,但缓冲垫不能太厚,以免天线座的感应接地效应减弱,降低天线系统的辐射效果。若磁性吸盘天线座是作为半永久的安装,可以在天线座底上贴上一层薄双面不干胶带,把磁性吸盘天线座粘牢在车壳上。采用车边水槽夹和车盖夹天线座安装天线(见图2)时,注意夹紧固定螺丝时要均匀用力。为了不损伤安装位置的车体涂漆,在安装前在准备安装天线座的位置中垫上相同投影形状的橡胶皮或废旧鼠标垫等缓冲物,在下面固定螺丝的位置还需要垫上用旧印制板或薄铁片等作成的垫片。现在有很多汽车的后门或后箱盖是采用玻璃钢等非金属材料制成,在这些地方安装天线座除了要考虑机械强度问题以外,还要考虑天线系统的高频接地问题,因为非金属材料的车壳失去了原来天线利用车壳金属体作为地线辐射的作用,使天线系统的SWR恶化,天线的辐射效果变差。解决的办法可以把天线座的接地用粗的金属连接线或金属带等与车壳的金属部分相连接(如图3所示),或者用图4的办法加装辅助的高频接地系统,加装的振子长度为1/2波长,在中间部位焊接在接地铜片上,接地铜片套在天线插座上,拧上天线就可以固定好,由于振子长度的限制,这种方法只适合于V/UHF天线系统。天线安装在后门或后箱盖时,还要注意当车后门或后箱盖打开时,天线不应该与车后玻璃窗和车顶有抵触。HF车载天线的安装除了遵循V/UHF天线的安装要求以外,还要顾及到HF车载天线的高度比较高,重量也比较重,风阻比较大等特有的情况,重点提高天线座安装的牢固性,同时也要充分考虑到安装天线座的车体部位能否承受HF车载天线的载荷。另一方面,安装HF车载天线时还要注意高频接地的问题,HF车载天线的工作频率比较低,要求地线的面积比较大,所以在进行天线安装时,要使天线座与车壳体有良好的电气连接。比较好的做法是把天线安装在越野车的顶蓬上(见图5),利用整个顶蓬和车壳体作为接地体。还有就是把天线安装在前后护杠上,利用前后护杠可以使车体和天线座的地线有良好的电气连接。再有一种方法就是把天线安装在越野车尾箱备胎架上。如果所用车辆的壳体太小,达不到良好高频接地的要求,又或者想用比较简单的安装方法进行HF的车载使用,可以在天线和业余无线电收发信机之间加入自动天线调谐器,利用自动天线调谐器的补偿使天线系统工作在匹配状态,但自动天线调谐器的地线同样必须与车体有良好的电气连接,否则会使自动天线调谐器工作失常。

图1
图1 🔍原图 (425×259)
图2
图2 🔍原图 (315×252)
图3
图3 🔍原图 (186×396)
图4
图4 🔍原图 (425×465)

由于汽车的机械震动比较大,而且常处于高速行驶状态,天线受风阻的影响受力比较大,因此在安装车载天线系统时一定要把各部件切实固定妥当,安装完成后用手试着摇动天线,测试安装是否牢靠。笔者曾经有过用磁性吸盘安装HF车载天线在高速行驶时被整个吹倒的惨痛经历。在平时使用时,应该经常检查天线机械安装的牢固程度,发现问题马上解决,切勿在行驶中发生脱落或紧固零件松掉等事故,给行人和其他行驶车辆造成伤害。有的天线比较贵重,担心被好事之徒偷走,可以在天线的插头处用直径2.3mm的钻头打一个洞,再用直径3mm的丝攻攻出螺牙,把天线拧入天线座后,用一颗直径3mm不锈钢内六角螺丝拧入攻好螺牙的孔中,拧紧内六角螺丝锁紧天线头后,天线没有专门六角螺丝工具是拆不下来的,如图6所示。若在天线外再套上热缩胶管,则既可增加隐蔽性,又可提高防水性能。

安装好天线座以后,就要想办法把同轴电缆引入车内和车载电台相连接。把同轴电缆引入车内最好能找到车体上内外相通的孔道,引入的同轴电缆事先要用胶布或粘合剂牢牢固定,在电缆通过孔洞的地方要用胶布缠绕加厚,防止同轴电缆与孔洞壁互相摩擦,损坏同轴电缆的外皮。电缆固定好后还要用橡胶泥把孔洞的剩余空隙部分堵死,以防止噪声、雨水和灰尘等进入车体内部。若没有合适的孔洞可以利用,同轴电缆就只能在天线座的附近通过车门或车箱盖等缝隙引入车内,比较好的做法是在车门或箱盖靠近合页的地方引入同轴电缆,因为这个地方随门盖开关的行程比较小,对同轴电缆的牵拉作用比较小,从而使同轴电缆比较容易固定,同轴电缆被扭曲受力的机会比较小。在门盖与同轴电缆相接触的地方适当地附加胶布或橡胶垫等进行密封,防止同轴电缆把雨水导入车内,同时也要注意调整好间隙,使门盖不会对同轴电缆有太大的压力而把同轴电缆压扁,造成同轴电缆的特性阻抗变坏。同轴电缆走线时应尽量避免靠近发动机仓等温度高的地方,以免同轴电缆长期在高温高湿的环境下加速老化,造成天线系统的性能在短期内恶化。同时同轴电缆也应远离车内的行车电脑、中控锁和其他感应器等易受干扰的设备,以免业余无线电系统对这些设备造成干扰,危害行车安全。同轴电缆在敷设完成以后,如果发现电缆还有很多富余,在有条件的情况下应该把富余部分电缆截断重新焊接电缆头,以减少电缆多余部分带来的无谓损耗,降低天线系统的收发信效率。

车载天线的调整

天线系统的硬件部件安装完成后,有必要对整个车载天线系统的特性进行测量和调整。

对天线系统进行测量和调整,可以采用很多种办法,在业余条件下,常常是用天线分析表(见图7)和SWR表进行测量和调整,这里介绍采用天线分析表进行测量和调整的方法,天线分析表的核心是一个高频电桥,可变频率高频信号源的输出加入到高频电桥的输入端,在高频电桥的输出端与被测量的系统相连接,通过调整高频电桥的参数,使高频电桥平衡,指示的读数经过校准标定后,就可以直接读出被测量系统的阻抗值(也可以采用读出高频电桥失衡参数来计算出被测量的系统的阻抗值)。采用天线分析表测量和调整车载天线系统易于操作,直观准确,不需要业余无线电收发信机和其他设备,在测量和调试时不会发出强的辐射干扰其他电台的使用。下面以MFJ-259或MFJ-269为例说明如何测量和调整车载天线系统。


1.对测量环境的要求

在车载天线系统安装完成后,对其进行测量和调整时,为了使车载移动天线系统处于比较理想的工作状态,应把车辆开到远离树木、广告牌和建筑物等四周开阔的停车场或空地上,并使被测量车辆的四周3m内没有其他车辆,同时要确认周围没有大功率的无线电发射设备或高压线等干扰源。


2.测量方法

把天线接好,关上所有车门,人坐在汽车里面。把天线系统的电缆头接到MFJ-269的天线测量端(如图8所示),打开MFJ-269电源开关,选择与天线工作频段相一致的测试频段(FREQUENCY),调整天线分析表的频率调整旋钮(TUNE),寻找天线最佳匹配点,即驻波比(SWR)表读数最小; 阻抗(IMPEDANCE)表读数最接近50Ω。在液晶频率显示中读出频率值,这个频率数值就是当时天线的最佳工作频率或者说是天线的谐振频率,理论上天线系统在这个频率下工作效率最高,能得到最好的收发效果。把这个频率和你所需要工作的频率相比较,看是高于还是低于你的工作频率。然后通过调整天线振子长度的方法改变天线的谐振频率,使天线的最佳工作频率落入你的工作频率中。若天线的谐振频率比你的工作频率低,就要适当地缩(截)短天线的振子,反之,就要伸(接)长天线振子。你可以一边调整天线分析表的频率,一边注意驻波比和阻抗的变化,一边慢慢地调整天线振子的长度,直到天线谐振在你需要的频率上。在进行调整时一定要有足够的耐心,特别是在需要截短天线振子的时候,要一点一点慢慢地截,防止把振子截短过头。频率越高,改变振子长度引起谐振频率的变化率就越大,因此,频率越高每次改变的振子长度就要越短。在利用天线分析表调整车载天线系统的过程中,可以很快就知道所需工作频率上天线系统的SWR和阻抗的数值,然后就去找目前车载天线系统的谐振频率在哪里。就算天线的谐振频率跑出业余频率范围以外,使用天线分析表也可以很容易了解天线的状况,会使调整天线振子长度更容易把握。在天线的谐振频率调整好以后,上下调整天线分析表的频率,使天线分析表的SWR表读数至1∶2左右,得到的上下两个频率数值之间就为该天线的工作频带,也就是说天线在工作频带里的SWR是在1∶2之内,这个工作频带越宽说明天线可以工作的频率范围越大。如果车载业余无线电系统多数是使用业余中继台的话,则天线的工作频带在VHF至少要在1MHz以上; 在UHF至少要在8MHz以上,在调整时尽可能使天线的谐振频率接近业余中继台的上行频率点,也就是车载电台的发射频率,以尽可能提高车载系统的发射效能。由于业余中继台的下行功率比较大,因此,业余车载天线系统在业余中继台的下行频率点特性稍微差一点,对接收业余中继台信号的效果影响不是很大。

若车载天线系统虽然能找到谐振点,但天线分析表指示的SWR值不能降低下来,通常是天线的安装位置不好或者是天线的接地不良所引起的,后面一种情况在安装调整车载HF天线时会经常遇到。解决的办法是重新寻找另外一个对天线影响小的安装位置,改善天线的接地,想办法尽量增加接地面积。若经过上述措施还不能奏效,就要检查同轴电缆和电缆插头插座等部件是否良好,比较简单的办法是把天线从天线座中拧下来,在天线座的天线插座上接入一个50Ω的假负载电阻(如图9所示),如果没有专用的高频50Ω的假负载,可以用50Ω2W电阻代替。再用天线分析表看SWR值,若SWR值能降低到1:1.5以下,说明天线的质量有问题,如果SWR值变化不大,则是高频传输通路的问题,重点检查电缆质量及接头等有没有开路或短路现象,接头焊接是否牢靠符合规定等。要强调一点就是高频同轴电缆的连接不能像一般的电源线一样焊接起来就行,而必须要用专用的同轴电缆连接器进行,否则因为在接头处的阻抗产生突变,就算用万用表测量直流参数是正常的,用天线分析表看到SWR值还是不正常的。一般把SWR降低到1∶1.5以下,就认为天线系统调试完成。在天线系统调试完成后,对所测量的数据进行记录,最好是测量整个工作频率在一定频率间隔的SWR和阻抗数值(HF频段是100kHz,V/UHF频段是1MHz)的详细记录,以作为日后对天线系统进行检查的依据。

当整个天线系统调试完成以后,再次检查各部分连接是否可靠,防水措施是否有效。最后,把电缆头从天线分析表中取出接到收发信机输出端,拧紧电缆头以后,就可以进行试机了。在试机的过程中,要注意天线旁边不要站人,密切留意收发信机的发射信号有没有对车内设备产生干扰的情况,同时也要测试汽车的其他设备是否对收发信机的收发信号产生干扰和影响。发现问题可先调整电源线和高频同轴电缆的走线位置和路径,再调整天线的固定位置和天线的接地点位置,必要时要适当降低收发信机的发射功率。在电源线上加入磁环扼流线圈可有效防止通过电源线产生的干扰。

(文/吴国光)