淺析中波廣播發(fā)射天線的原理與維護(hù)

陳向東 韓向兵

（1.河南省廣播電影電視局 淅川中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，河南 淅川 474450；2.河南省廣播電影電視局 南陽中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，河南 南陽 473003）

在我國的廣播發(fā)展歷史中，中波廣播發(fā)射技術(shù)一直起著關(guān)鍵性的作用，自誕生至今積極促進(jìn)并開拓了廣播覆蓋事業(yè)。在廣播業(yè)中，中波廣播技術(shù)由于其優(yōu)良的傳播特性一直受到廣泛的應(yīng)用，作為廣播覆蓋的首選方式、手段。中波技術(shù)的工作范圍是：頻段526.5-1606.skHz，波長(zhǎng)569.8-186.7m。在這一波段內(nèi)，無線電波的主要傳播方式為地波傳播，在夜間，天波傳播方式也存在。電波在貼地表面的傳播被衰減的程度小，有更強(qiáng)的抗干擾能力，場(chǎng)強(qiáng)也相對(duì)更長(zhǎng)，能夠構(gòu)成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的功能區(qū)域。受發(fā)射功率大小的影響，覆蓋面在幾十千米到上百千米不等，在這一范圍內(nèi)，用戶都能夠收聽到有效的、高質(zhì)量的廣播服務(wù)。

1 中波廣播發(fā)射天線的原理解析

中波廣播技術(shù)覆蓋面積大，信號(hào)可靠、穩(wěn)定，有較強(qiáng)的繞射功能。此外，收音機(jī)體積小、價(jià)格便宜，更容易被廣大中低收入人群所接受，成為普通大眾獲取外界信息的有效手段，尤其在一些農(nóng)村地區(qū)，中波廣播的重要性更加明顯?，F(xiàn)對(duì)中波廣播技術(shù)的相關(guān)原理進(jìn)行介紹。

1.1 中波發(fā)射天線的幾種分類

我國多數(shù)中小頻率的中波電臺(tái)中，單塔天線、帶頂負(fù)荷的單塔天線在中波發(fā)射天線中比較常用。倒L 型、T 型在以往應(yīng)用相對(duì)較多，隨著我國城市的迅速發(fā)展，新興中波小天線與自立式并饋天線逐漸開始應(yīng)用。

1.1.1 單塔天線

由于中波廣播技術(shù)必須發(fā)射垂直的極化波，受此影響，中波天線的主要形式為與地表垂直的單極振子。單塔天線事實(shí)上是一種在底部饋電的垂直振子，它將塔身作為其振子，主要由絕緣拉繩、底座絕緣、鋼桅桿以及放電球和地網(wǎng)等部件構(gòu)成。在一個(gè)水平面范圍內(nèi)，呈無方向性輻射，并在垂直平面內(nèi)部0°角處的輻射達(dá)最大。一般情況下，塔的高度H=0.20-0.53λ。此外，由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)等條件的制約，小功率的中波臺(tái)中的發(fā)射天線，通常會(huì)應(yīng)用高度為76m 的輕型拉線塔。

1.1.2 斜拉線頂負(fù)荷單塔天線

實(shí)際工作中，一些小功率中波臺(tái)的頻率在900kHz 以下，并且塔身的高度也低于λ/5，此類天線在輸入阻抗上，電阻部分非常小，這樣天線的效率會(huì)相對(duì)較低。針對(duì)這種情況，可以將3 根斜拉線安裝于塔身頂端，這樣單塔天線的頂端電流可保持在0以上，以此來提升單塔天線的工作高度。在實(shí)際工程應(yīng)用中，斜拉線應(yīng)該與地面保持45°—60°的夾角。一般而言，斜拉線頂負(fù)荷天線除頂負(fù)荷外應(yīng)與單塔天線相同。

1.1.3 并饋式中波天線

并饋式中波天線的構(gòu)成包括鐵塔和周圍一組導(dǎo)線，鐵搭和導(dǎo)線上部相連，導(dǎo)線下部與棒形絕緣子連接。這種天線也是垂直振子的一種，并且工作原理同單塔天線是相同的。不同之處是并饋式天線的支撐物在底部接地，而且并不饋電。此類天線不利用筒形絕緣，也不利用鐵塔底座進(jìn)行絕緣，而是將塔身接地，這樣的優(yōu)點(diǎn)是能夠防雷，并能夠?qū)ζ渚C合利用。

1.1.4 新型中波小天線

傳統(tǒng)的桅桿天線占地大、投資數(shù)額高，例如：高度為76m，寬度0.8m 的天線，總重量科大30t，占地面積更達(dá)50 畝以上。這樣給土地利用、電臺(tái)維護(hù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面都帶來諸多困難。為解決以上弊端，新型中波小天線應(yīng)運(yùn)而生。在技術(shù)特點(diǎn)上，其主要應(yīng)用錐面頂負(fù)荷的曲面性，并利用折疊振子將天線的高度降低，以此來提升電阻的分量，減弱電抗分量，拓寬帶寬，以達(dá)到優(yōu)化發(fā)射效率之目的。在保證傳統(tǒng)天線相關(guān)參數(shù)的條件下，通過技術(shù)上的改進(jìn)，增強(qiáng)了輻射，減弱了感應(yīng)。

1.2 天線高度

一般情況下，中波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)的垂直方向受天線高度影響，水平方向?yàn)閳A形。中波天線在高度上最好在0.25-0.5λ，在這一范圍內(nèi)，能夠獲取地面波服務(wù)區(qū)域的最大場(chǎng)強(qiáng)，同時(shí)也能夠避免天線在0.5 高度以上時(shí)產(chǎn)生副瓣，導(dǎo)致大仰角的輻射天波的能量升高，最終致使天波衰落問題發(fā)生。由此一來，中波天線的輻射效率會(huì)受到其高度的影響?，F(xiàn)階段，我國的多數(shù)中波臺(tái)都應(yīng)用高度為76m，頻率為1000kHz 左右的定型塔，以及高度為140m 的低頻段鐵塔。在低頻段，如果使用高度75m 的定型塔，則應(yīng)該增加頂負(fù)荷天線的使用從而提升中波天線的高度，也能夠使天線底部阻抗得以提升，最終達(dá)到增加輻射效率的目標(biāo)?！爸胁ㄌ炀€的效率是發(fā)射天線的關(guān)鍵，是判斷其高頻電流向電磁波能量轉(zhuǎn)化的重要指標(biāo)?！?/p>

1.3 地網(wǎng)

在中波天線中，地網(wǎng)作為垂直單桅桿天線的重要組成部分，其與地面是中波天線輻射電流的回路。由此可見，地網(wǎng)的工作效率直接影響天線輻射效率與中波天線的實(shí)有增益。所謂實(shí)有增益，是指中波天線的效率與理論增益之積。削弱大地的損耗是增加實(shí)有增益的唯一方法，而地網(wǎng)的存在能夠有效的削弱大大的損耗。

地網(wǎng)的圓心一般為塔身的底面中心，用放射的方式向四周均勻輻射，利用140 根長(zhǎng)度為0.5λ，寬度為2-3mm 的銅包鋼或者銅導(dǎo)線。但是，一些干旱的西部地區(qū)，特別是一些深入沙漠的中波天線發(fā)射臺(tái)，受土壤的導(dǎo)電率相對(duì)較低、地?fù)p大的影響，致使中波發(fā)射天線的實(shí)有增效一定程度上降低。由此分析，根據(jù)不同的土壤導(dǎo)電率，對(duì)地網(wǎng)導(dǎo)線給予數(shù)量上的增加能夠提高天線的輻射效率。中波天線的地面電流能夠以輻射的方式往天線底部回流，天線的電流分布受地網(wǎng)的導(dǎo)線長(zhǎng)度與天線高度的直接影響。實(shí)踐表明，在降低天線高度的過程中，鐵塔底端地電流明顯增大，與此同時(shí)電阻也隨之增大。與之相比，短天線的電阻較小，所以要建設(shè)高效的地網(wǎng)，以此來提升短小天線的效率。在與天線的距離為0.5λ 處，不管天線處于何種高度，它的地電流將保持定制，而0.5λ 以下區(qū)域是諧振場(chǎng)或者電磁感應(yīng)區(qū)，其耗損和地網(wǎng)有著密切的關(guān)系，而0.5λ 以上區(qū)為天線的輻射場(chǎng)，耗損是一般的傳輸耗損類型，一般情況下，地網(wǎng)的半徑都不會(huì)超過0.5λ。

2 中波廣播發(fā)射天線的日常維護(hù)

在對(duì)中波廣播發(fā)射天線進(jìn)行維護(hù)的過程中，必須要完全依照我國廣電行業(yè)的行業(yè)準(zhǔn)則進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)GY／T178—2001《中短波天饋線運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》 中對(duì)中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)進(jìn)行了明確規(guī)定，中波天線的常規(guī)維護(hù)包括：年檢、月檢，以及周檢，維護(hù)并保養(yǎng)中波發(fā)射天線的重要構(gòu)成部分，例如：塔桅、地網(wǎng)、絕緣子等部件。不僅要對(duì)天線細(xì)致的保養(yǎng)與維護(hù)，更應(yīng)該定期檢查并大修地錨、拉繩、桅桿等裝置。檢查的周期可以在2-3年之間。

維護(hù)的過程應(yīng)該嚴(yán)格按照國家規(guī)程，對(duì)天線的桅桿、塔架重點(diǎn)給予涂漆與防腐處理。拉線式的塔桅，變寬0.5 的垂直度誤差不能超過1/750，此外，塔桅個(gè)別部分的彎曲度的誤差也要控制在1/750 之內(nèi)。在桅桿拉繩的設(shè)計(jì)上，其安裝拉力的設(shè)定應(yīng)該符合拉繩設(shè)計(jì)的初始拉力值，最低標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該在初始拉力值的80%以上。應(yīng)該對(duì)塔桅結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，從而能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)塔桅上一些開裂的焊縫。要保證螺栓的禁錮，一些受到腐蝕的螺栓應(yīng)該馬上更換。桅桿拉繩的銹蝕存在的比較普遍，在一個(gè)捻距范圍內(nèi)，超過表面積的40%就應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行更換。桅桿拉繩如出現(xiàn)大活痕跡，要對(duì)其更換。桅桿拉繩若為鋼絞線，如表面有黑銹或者發(fā)生斷絲現(xiàn)象也應(yīng)更換。另外，地錨也應(yīng)該進(jìn)行抽樣檢查，檢查的周期可控制在5-10年內(nèi)，如地錨桿出現(xiàn)銹蝕應(yīng)及時(shí)刷瀝青。除了這些基本的維護(hù)，還應(yīng)該對(duì)中波天線的電氣提出一些維護(hù)要求：

（1）應(yīng)該定期對(duì)天饋系統(tǒng)的駐波比給予監(jiān)控。在平時(shí)，應(yīng)該觀察并記錄在天線發(fā)射控制面板上的發(fā)射波信息，并與交班時(shí)所做的指示記錄進(jìn)行對(duì)比，如果發(fā)生明顯變化，應(yīng)該查找其原因。根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)中波天線的匹配網(wǎng)絡(luò)微調(diào)，或者對(duì)已經(jīng)損壞的匹配原件進(jìn)行更換。

（2）應(yīng)該利用中波電臺(tái)停播檢修的空當(dāng)，對(duì)天饋系統(tǒng)的各絕緣表面進(jìn)行護(hù)理、清潔，檢查每個(gè)元件連接是否正常，接口是否完好，調(diào)配室中的電容元件與線圈是否存在過熱的現(xiàn)象，室內(nèi)有無動(dòng)物、蟲類的威脅。在這方面，要著重注意的是：在機(jī)房確認(rèn)停機(jī)的前提下，才能進(jìn)入調(diào)配室內(nèi)，進(jìn)入調(diào)配室后，應(yīng)該在饋線的入口處掛好接地鉤，把接地開關(guān)通地，最后展開工作。

（3）對(duì)所有地網(wǎng)線、接地線給予仔細(xì)檢查，確認(rèn)其狀態(tài)良好，是否存在脫焊等隱患。特別應(yīng)檢查地線與放電球下部的焊接是否結(jié)實(shí)。在條件允許的情況下，應(yīng)每年利用電阻測(cè)試儀對(duì)地網(wǎng)系統(tǒng)電阻進(jìn)行檢測(cè)，然后將測(cè)試結(jié)果與完工時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

（4）主饋線采用同軸電纜的中波臺(tái)，應(yīng)該定期對(duì)電纜上的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于一些充空氣的電纜，要重點(diǎn)關(guān)注其氣密性能，保證其處于30kPa 氣壓。

3 結(jié)束語

作為廣播電臺(tái)運(yùn)營的重要設(shè)施，中波發(fā)射天線的運(yùn)行效率直接關(guān)系到信號(hào)的發(fā)射質(zhì)量，從設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)行與維護(hù)的每一環(huán)節(jié)都應(yīng)該嚴(yán)格按照國家廣電總局的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。中波電線的運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的對(duì)待中波天線的保養(yǎng)維護(hù)任務(wù)，提升維護(hù)質(zhì)量，從而促進(jìn)廣播電視事業(yè)的再次騰飛，為我國的精神文明建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

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