中波轉(zhuǎn)播臺(tái)天線淺談

劉建軍　李曉楓

【摘 要】中波廣播發(fā)射天線直接關(guān)系影響或者決定著中波廣播覆蓋的效果和質(zhì)量，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)中波廣播發(fā)射天線的變革創(chuàng)新，由傳統(tǒng)的直接絕緣接地斜拉線桅桿式中波發(fā)射天線到加頂斜拉線桅桿中波發(fā)射天線、自立塔天線、雙錐頂負(fù)荷中波小天線、套筒式中波小天線等，各類型中波發(fā)射天線在中波廣播發(fā)射實(shí)際中各有特色，結(jié)合本單位實(shí)際設(shè)備、場(chǎng)區(qū)、天線效率、地質(zhì)地?fù)p等情況綜合考量、科學(xué)選擇應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】天線效率；覆蓋效果；地電流；地?fù)p；緩變?cè)?/p>

中波廣播技術(shù)誕生至今近100年的歷史，中波廣播技術(shù)得以充足的發(fā)展和完善，成為廣播家族中常青的一只奇葩。筆者從事中波廣播發(fā)射工作三十多年，扎根多個(gè)中波轉(zhuǎn)播臺(tái)技術(shù)崗位，切身感受到中波廣播的覆蓋效果、播出質(zhì)量與信號(hào)源、音頻信號(hào)接收機(jī)、音頻信號(hào)處理器、中波發(fā)射機(jī)、天饋線、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)、中波發(fā)射天線等息息相關(guān)。隨著電子技術(shù)日新月異的發(fā)展，從電子管到晶體管、從獨(dú)立元件到集成電路和大規(guī)模集成電路、從模擬電路到數(shù)字電路諸技術(shù)的科技進(jìn)步，信號(hào)源、音頻信號(hào)接收機(jī)、音頻信號(hào)處理器、中波發(fā)射機(jī)諸設(shè)備性能功效得以極致完美發(fā)展，促進(jìn)了中波廣播質(zhì)量不斷提升。但是，無論多么先進(jìn)的信號(hào)系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)設(shè)備，如果沒有理想的末端輻射設(shè)備——中波廣播發(fā)射天線，優(yōu)質(zhì)中波廣播只能半途而廢。近十幾年，中波發(fā)射天線也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，現(xiàn)將筆者關(guān)于中波發(fā)射天線的拙見淺述，以供指教參見。

眾所周知，中波廣播的頻率范圍531KHz——1602 KHz，相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)約565米——187米，中波廣播主要以地波傳播為主，夜間因電離層反射會(huì)以天波傳播，夜間比白天傳播距離遠(yuǎn)。由于中波主要靠地波傳播，而地波采取垂直極化波傳播，所以中波發(fā)射天線均為垂直天線。中波發(fā)射天線經(jīng)常采取導(dǎo)線天線或鐵塔天線，非特別要求狀況下不采取定向天線，多數(shù)情況下采取單根垂直絕緣接地天線，這種天線的方向性圖在水平面上是個(gè)圓，符合廣播天線的技術(shù)要求，天線的終端開路，是駐波天線。天線上電流可以看作是按正弦規(guī)律分布、天線末端為電流的節(jié)點(diǎn)。中波天線的效率一般為70%—80%，作用是把傳輸線（饋管）輸送來的發(fā)射機(jī)輸出的能量高效率地輻射到空間中去。

目前許多中波轉(zhuǎn)播臺(tái)扔在使用鐵塔+拉線+地網(wǎng)的傳統(tǒng)天線系統(tǒng)，這種拉線桅桿式中波發(fā)射天線的高度在76——120米，周邊地下360°鋪設(shè)長(zhǎng)度與鐵塔高度相當(dāng)?shù)牡鼐W(wǎng)，常采取每3度一根直徑2.5至3mm紫銅線、埋深300mm——500mm，天線周邊共120根，銅線長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)即可，最好超出天線頂部在地面上的投影范圍，并在紫銅線末端加打接地樁，所有地樁用相同與地網(wǎng)的紫銅線圓周界限連接，工藝要求銅焊可靠連接。根據(jù)天線場(chǎng)區(qū)具體情況，地網(wǎng)鋪設(shè)的紫銅線30——150根可選。

中波發(fā)射天線的效率直接影響中波廣播的覆蓋范圍和效果，天線的損失包括：銅損失、絕緣損失和地?fù)p三種。其中銅損失和絕緣損失因損失量極小，可忽略不計(jì)。地?fù)p是中波發(fā)射天線的主要損失，因?yàn)榈孛媸侵胁ㄌ炀€的回路，當(dāng)?shù)仉娏魍ㄟ^地面時(shí)就會(huì)產(chǎn)生損耗，地?fù)p主要集中在天線的底部附近，鋪設(shè)地網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)減小地?fù)p、提高天線效率。

因地形地貌和其它因素限制，部分中波發(fā)射天線只有60m高，甚至有的更低，無法滿足中波廣播輻射的技術(shù)要求。天線是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，天線以交變電動(dòng)勢(shì)饋電，天線周邊空間便產(chǎn)生感應(yīng)場(chǎng)和輻射場(chǎng)，輻射場(chǎng)的能量為受眾提供有用的無線電信號(hào)，而感應(yīng)場(chǎng)能量會(huì)在天線周圍的損耗介質(zhì)（土壤）產(chǎn)生熱損耗。天線的效率就是天線的輻射功率與天線的輸入功率（感應(yīng)功率+輻射功率）之比，當(dāng)天線的長(zhǎng)度可以和工作波長(zhǎng)比擬時(shí)，天線的效率一般比較高，如果無法滿足這個(gè)條件，為了增加輻射，可以在天線末端加頂，加頂?shù)淖饔檬翘岣唠娏鞣植嫉母裹c(diǎn)，從而增加輻射，同時(shí)，在天線末端加頂，還可以加大天線的對(duì)地電容、電流分布均勻、縮短天線高度、提高輻射電阻。天線效率 =RA/RA+ Ri 其中RA是 輻射電阻，故提高輻射電阻就是提高天線效率。

傳統(tǒng)的拉線桅桿式中波發(fā)射天線高度為工作波長(zhǎng)的1/4至1/2， 地網(wǎng)需360°鋪設(shè)，一個(gè)中小功率的中波臺(tái)占地30——140畝，中波廣播發(fā)射機(jī)放及供配電室和辦公用房加在一起，最多占10%的土地，而中波發(fā)射天線場(chǎng)區(qū)占據(jù)中波臺(tái)90%的土地面積。在土地資源稀缺的今天，建一幅傳統(tǒng)的拉線桅桿式中波發(fā)射天線只能是夢(mèng)想。另外，傳統(tǒng)的拉線桅桿式中波發(fā)射天線因高度太大，日常維護(hù)危險(xiǎn)性大，易遭受雷電侵害，尤其雷雨天氣防雷難度大、意外多，且地網(wǎng)保護(hù)難度大。

面對(duì)土地稀缺和維護(hù)傳統(tǒng)中波天線危險(xiǎn)性高、地網(wǎng)保護(hù)難的癥結(jié)，錐面頂負(fù)荷中波小天線脫穎而出。

錐面頂負(fù)荷中波小天線最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了中波天線的小型化。它的高度只有工作波長(zhǎng)的8%、即36m左右，占地面積可縮至100m2。我們知道錐面緩變?cè)恚禾炀€自發(fā)射體向錐面以小于90°方向過度，減小了終端反射，因錐體較大而對(duì)地形成一定值的電抗、提升容抗，故天線的諧振點(diǎn)下移，可有效降低天線的高度。斜面7m的錐體，其有效高度可達(dá)40m。再計(jì)加垂直發(fā)射體高度，可使錐面頂負(fù)荷中波小天線有效高度達(dá)76m。由天線的長(zhǎng)細(xì)比原理可知：振子天線的輸入阻抗隨電長(zhǎng)度變化的劇烈程度主要取決于天線的特性阻抗。特性阻抗越大，輸入阻抗隨電長(zhǎng)度的變化愈激烈、天線的阻抗帶寬愈窄；相反，特性阻抗越小，天線的阻抗帶寬愈寬。振子天線的特性阻抗主要取決于長(zhǎng)細(xì)比L/a，其中L是天線振子臂的長(zhǎng)度、a是天線臂的半徑。長(zhǎng)細(xì)比越大，天線的特性阻抗越大，故而，在同長(zhǎng)度時(shí)，粗振子天線具有寬的工作帶寬。增加發(fā)射體的直徑或?qū)挾龋嗍怯行岣咛炀€帶寬。

通過多年使用兩類中波天線，總結(jié)一些錐面頂負(fù)荷中波小天線的特點(diǎn)，請(qǐng)指教：

1）錐面頂負(fù)荷中波小天線的增益高，地波場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)定性好，天波分量大，遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)輻射場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)于傳統(tǒng)斜拉線桅桿式中波發(fā)射天線。

2）電磁輻射污染低、互耦低。10Kw的錐面頂負(fù)荷中波小天線對(duì)距離50米的中波發(fā)射機(jī)（DAM型、PDM型）影響遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的中波天線（76米——120米）。

3）小天線帶寬更寬，載波VSWR小于1.25時(shí)，帶寬10KHz； 載波VSWR小于1.5時(shí)， 帶寬20KHz.

4）匹配阻抗有50歐姆、75歐姆、150歐姆、230歐姆可供選擇，天線調(diào)配室可與天線合為一體，便于維護(hù)。

5）錐面頂負(fù)荷中波小天線輕便小巧，安裝簡(jiǎn)單、可架設(shè)在房頂或機(jī)房附近，維護(hù)方便安全，不受航空管制，防雷避雷性好。

6）根據(jù)錐面緩變?cè)怼⑻炀€長(zhǎng)細(xì)比原理，錐面頂負(fù)荷中波小天線降低了終端反射和諧振頻率、降低了天線的阻抗變化率、提升了天線的帶寬，減少發(fā)射機(jī)過壓故障。

隨著廣播技術(shù)的飛速發(fā)展，新思路新觀點(diǎn)不斷涌現(xiàn)。眾所周知，我們經(jīng)常使用的中波接收機(jī)是不需要地網(wǎng)的，依據(jù)收發(fā)互易原理，中波發(fā)射天線也可以不需要地網(wǎng)。基于這種觀點(diǎn)，衍生出了套筒式錐面頂負(fù)荷中波小天線和雙錐面頂負(fù)荷中波小天線，這些小天線都是利用錐面緩變?cè)怼⑻炀€長(zhǎng)細(xì)比原理及垂直天線分布參數(shù)和集總參數(shù)加載原理有機(jī)的、合理的融合產(chǎn)生的一種新型天線，它既符合傳統(tǒng)天線理論，又符合當(dāng)前提出的一些新的理念，但是小天線的基礎(chǔ)理論依然是麥克維斯方程和波印廷矢量。套筒式中波小天線的創(chuàng)新點(diǎn)是利用套筒天線理論，提高輸入電阻和輻射電阻，降低阻抗變化率，從而提高天線帶寬。

無論是那種中波小天線，都必須匹配天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。加裝了錐面頂負(fù)荷的中波小天線在低端輸入阻抗得到了提升，匹配網(wǎng)絡(luò)中的電流有所降低。這對(duì)于匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感、電容而言，電流容量有所降低，器件減少了發(fā)熱和損毀，相應(yīng)天線的效率得到提升、雜散輻射得以抑制。天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)滿足：

1）阻塞網(wǎng)絡(luò) 切實(shí)發(fā)揮阻塞工作頻率以外的頻率廣播及拓寬帶寬的功能，串聯(lián)諧振在本頻上，并聯(lián)諧振在它頻上，起通本頻阻它頻作用。

2）匹配使用T型網(wǎng)絡(luò)，這樣既能起到移相作用，又有阻抗匹配作用，還有放雷功效。

3）吸收網(wǎng)絡(luò)建議采取串并聯(lián)設(shè)計(jì)方案，這樣既能吸收它頻的干擾，又對(duì)天線帶寬起到補(bǔ)償作用。

4）放雷避雷一定要采用石墨放電球裝置，石墨放電球能泄放大電流雷電，泄放時(shí)只是掉一些石墨粉，石墨放電球不會(huì)損壞。

5）預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)需加微亨級(jí)雷電泄放電感線圈，它既能泄放雷電的低頻部分，又能提升天線的阻抗，還能拓寬天線的帶寬

6）設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減小天線的電抗分量，提高天線的Q值。

以上是筆者多年中波轉(zhuǎn)播臺(tái)技術(shù)工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，因個(gè)人水平有限，不周之處敬請(qǐng)各位專家同仁指教。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]