天線地網(wǎng)改造分析

李林 王雅楠

摘 要：為進一步提高中波發(fā)射信號質(zhì)量，機房對1008KHz 發(fā)射機地網(wǎng)進行改造，本文簡述了地網(wǎng)敷設(shè)方式以及其敷設(shè)的重要性，通過理論分析對本次地網(wǎng)改造進行了技術(shù)論證。

關(guān)鍵詞：天線；地網(wǎng)；輻射場強；輻射效率；地損耗

1 改造背景

隨著城市化建設(shè)步伐的不斷加快，四號中波發(fā)射臺已經(jīng)由原來的城市邊緣變?yōu)槌鞘兄行?，發(fā)射場區(qū)被周圍新建的高層住宅以及廠區(qū)內(nèi)日漸茂盛的樹木所包圍，為了進一步提高中波發(fā)射信號質(zhì)量，增強輻射強度，擴大輻射范圍，達到收聽效果優(yōu)質(zhì)的服務(wù)要求，遂我們機房對1008KHz發(fā)射機的地網(wǎng)進行全面的改造。

2 地網(wǎng)敷設(shè)

1、中波廣播傳播的特點

中波廣播頻段的傳播主要有天波和地波兩種形式，主要以比較穩(wěn)定的地波為主。另外，中波因為頻率較低，會使得地波隨著傳播距離的增加而逐漸的減弱，但是減弱的速度較慢，會形成一個比較穩(wěn)定的中波廣播的信號接收服務(wù)區(qū)。地波服務(wù)區(qū)在數(shù)十公里至上百公里，地波服務(wù)的信號強度比較穩(wěn)定。在沿地面?zhèn)鞑ブ?，垂直極化波的損耗低于水平極化波的損耗，所以地波服務(wù)的中波都采用垂直極化天線，以獲得垂直極化的地面波。

2、敷設(shè)地網(wǎng)的重要性

在發(fā)射機功率和天線高度確定的條件下要想提高天線輻射場強，就要提高天線輻射效率，而影響輻射效率的主要因素是天線損耗。天線的損耗包括導(dǎo)體損耗、絕緣子損耗、地損耗。由于導(dǎo)體損耗、絕緣子損耗與地損耗相比極小，可忽略不計，因此我們只需要考慮地損耗的影響。而減少地損耗的方法是在天線底部敷設(shè)地網(wǎng)，良好的地網(wǎng)能為天線電流回流過程提供一個良好的通路，這樣就相當(dāng)于在大地和天線之間跨接銅線，地損耗就會變小，天線輻射效率也隨之增加，場強增大。所以設(shè)計、敷設(shè)一個標(biāo)準(zhǔn)的地網(wǎng)，能減少地損耗，提高中波天線效率，擴大覆蓋面積。

3、敷設(shè)地網(wǎng)的方法

地網(wǎng)是以發(fā)射塔底部中心為圓心，以扇形狀均勻向外敷設(shè)，用φ2mm ～φ3mm 的銅導(dǎo)線每隔3°向外敷設(shè)一根地網(wǎng)線，數(shù)量為120根，地網(wǎng)的埋設(shè)深度一般為30cm ～50cm， 以不受破壞為原則。

3 地網(wǎng)不良的主要表現(xiàn)

1、天線輻射能量有一部分損失在地面造成發(fā)射功率不足，覆蓋范圍縮小。

2、主電場與副電場相位不一致，覆蓋區(qū)域變化、需覆蓋的區(qū)域覆蓋不了，不需覆蓋的區(qū)域又可收到信號。

3、天線的輻射阻抗和輸入阻抗也發(fā)生變化，使阻抗不匹配，給天線與饋線之間的匹配造成很大困難。

4、在發(fā)射天線接地端，如配備的安全地網(wǎng)不合標(biāo)準(zhǔn)，易造成發(fā)射機設(shè)備遭雷擊。

為了提高天線的輻射場強，提高覆蓋范圍，就必須盡量減小天線損耗，因此天線地網(wǎng)的建設(shè)不可小視。

4 地網(wǎng)改造理論分析

當(dāng)某地區(qū)的有效地導(dǎo)系數(shù)為已知時，在距離發(fā)射天線r（km）處場強可由下式?jīng)Q定：

E（r）=E0（r）+P +GT （1）

E（r）：在距離r（km）處的場強值；E0（r）：1kw有效單極輻射功率時在距離r處的場強值；P：發(fā)射功率；GT：天線增益。

由上式可知，發(fā)射功率一定，提升天線增益，場強隨之增大。而天線增益和天線輻射效率有關(guān)。天線增益（GT）是天線理想增益（G0）與天線輻射效率（η）的乘積，如下所示：

GT=G0 xη （2）

天線輻射效率（η）是天線輻射功率（Pr）比上天線輻射功率與天線損耗功率（PL）之和，如下式所示。

η= Pr / （Pr + PL） （3）

在輻射功率恒定的條件下，損耗功率（PL）的大小直接影響天線效率（η）。綜合公式1，2，3可得出，降低損耗功率（PL）可提高天線輻射效率（η），輻射效率（η）提高天線增益GT隨之增加，從而達到提升場強E（r）的目的。

將公式3展開，得η=I2Rr/（I2Rr+I2RL），可得

η=Rr / （Rr + RL） （4）

將公式（2）代入公式（1），可得

E（r）=E0（r）+P+ 10logG0 + 10logη （5）

將公式（4）代入公式（5），可得

E（r）=E0（r）+P+10logG0+10log[Rr/（Rr + RL）] （6）

設(shè)改進前后的E（r）為E（r）前和E（r）后，則前后兩次的增益就可以通過公式（6）求得

E（r）后—E（r）前=10log[Rr/（Rr+RL后）]-10log[Rr/（Rr+RL前）]=10log[（Rr+ RL前）/（Rr+RL后）] （7）

由于地損耗電阻計算公式為

將相關(guān)參數(shù)帶入上式，可求得相應(yīng)的地損耗電阻RL，再將其帶入公式（7）可計算出增益變化。

以塔高76m的輕型塔為例，天線輻射電阻為36.6Ω，地網(wǎng)半徑r為55m不變，提升地網(wǎng)根數(shù)N，從120根增加至240根，降低了地損耗RL，從0.78Ω降至0.25Ω，天線輻射效率η從94.80%提升到99.30%，對于提高天線輻射效率η是有效果的，本次機房地網(wǎng)改造是有可實施性的。

5 地網(wǎng)改造具體實施

根據(jù)上述理論分析為依據(jù)，本次改造機房在原有的120根銅線地網(wǎng)基礎(chǔ)上又加密鋪設(shè)了120根銅導(dǎo)線，鋪設(shè)方式為與原地網(wǎng)交錯鋪設(shè)，埋設(shè)深度為30cm，將這120個導(dǎo)線端點均勻焊在一條銅帶上，再將銅帶的兩端與天線塔底兩個地級進行焊接，以形成良好的傳遞渠道。除此之外，還將塔底生長較為茂盛的樹木進行了消冠處理，最大限度降低樹木遮擋造成的影響。這樣會有效地提升中波廣播發(fā)射的范圍，提高信號接收的質(zhì)量。

本次改造以理論分析指導(dǎo)具體實踐，通過加密地網(wǎng)敷設(shè)的方式來降低地損耗，提高天線輻射效率，達到提升中波廣播發(fā)射的范圍和提高信號接收質(zhì)量的最終目的。

6 結(jié)論

由于四號機房面臨著搬遷擴建的問題，所以本次地網(wǎng)研究分析不僅為1008KHz發(fā)射機地網(wǎng)改造提供了理論依據(jù)，也為今后新發(fā)射臺建設(shè)時，地網(wǎng)的敷設(shè)方式和具體的敷設(shè)參數(shù)選取提供了理論指導(dǎo)，所以本次研究是有著實際應(yīng)用意義的。隨著城市化建設(shè)的不斷加快，中波廣播發(fā)射的效果會受到各方面的影響，我們一定要根據(jù)中波廣播傳播的特點查找影響中波廣播發(fā)射信號的因素，只有這樣才能更好地提高中波廣播的發(fā)射信號質(zhì)量，達到更佳的收聽效果。

參考文獻

[1] 何大中 廣播電視技術(shù)手冊第1分冊——系統(tǒng)與覆蓋網(wǎng)

[2] 張學(xué)田 廣播電視技術(shù)手冊第6分冊——發(fā)射技術(shù)

[3] 李孝勖 廣播電視技術(shù)手冊第7分冊——天線

作者簡介

李林（1982-），女，天津，工程師，本科，研究方向：廣播電視技術(shù)。