自立式中波小天線新技術(shù)的運(yùn)用與建設(shè)

王連發(fā)

（作者單位：張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)）

張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)因市政建設(shè)，原天線場(chǎng)區(qū)將被占用，需在發(fā)射臺(tái)區(qū)內(nèi)新建一座中波發(fā)射天線，規(guī)劃天線場(chǎng)地位于發(fā)射機(jī)房東北角落，面積僅有300 m2。為了解決這一問(wèn)題，張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)于2013年采用了成都凌風(fēng)天線設(shè)備有限公司生產(chǎn)的48 m絕緣自立式中波小天線，雙頻共塔播出中波頻率603 kHz與1 278 kHz，發(fā)射功率均為10 kW。同時(shí)，配合使用電磁耦合并聯(lián)諧振雙回路調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，展寬了天線的工作帶寬更寬，提高了帶外衰減，有效防止了張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)或臨近臺(tái)其他頻率之間的相互串?dāng)_，投入運(yùn)行以來(lái),已正常穩(wěn)定工作五年多。下面就張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)對(duì)中波小天線應(yīng)用建設(shè)和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行闡述。

1 中波小天線結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

絕緣自立式中波小天線根據(jù)109轉(zhuǎn)播臺(tái)的地質(zhì)、氣象條件，參考國(guó)家《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2001而設(shè)計(jì)。天線主體采用自立式鋼塔結(jié)構(gòu)，截面為正方十字形，自下而上逐漸變細(xì)，頂部呈倒傘狀，無(wú)拉線、維護(hù)簡(jiǎn)單；底部采用直放式陶瓷絕緣組合基座專利技術(shù)與地絕緣；天線地網(wǎng)半徑小約6 m與防雷地網(wǎng)和機(jī)房高頻地統(tǒng)一連接構(gòu)成了一張綜合平衡接地網(wǎng)，有利于防雷；饋電采取單極非平衡饋電，天線使用頻段為531～1 602 kHz，可承受1～50 kW發(fā)射功率。

1.1 中波天線絕緣結(jié)構(gòu)處理

對(duì)于絕緣自立中波小天線塔體中最為關(guān)鍵的高頻陶瓷絕緣柱，它是鐵塔安全的重要節(jié)點(diǎn)，必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)中波小天線采用宜賓七九九陶瓷廠研制出的高性能專用高頻優(yōu)質(zhì)陶瓷，并送至權(quán)威檢測(cè)部門進(jìn)行過(guò)質(zhì)量檢測(cè)。因此使用的高頻陶瓷柱的強(qiáng)度及穩(wěn)定質(zhì)量具有根本保證。在以往自立式絕緣中波天線的絕緣基座通常采用一組高頻陶瓷柱上下對(duì)扣并采用穿心螺桿連接的方式組成，為了承受塔體自身重力和風(fēng)荷載，陶瓷件一般均做得大、笨、重，這給安裝或更換帶來(lái)很大麻煩，施工工期較長(zhǎng)且工序繁瑣，安全風(fēng)險(xiǎn)也較大，檢修更換時(shí)停播時(shí)間也長(zhǎng)。為了解決上述問(wèn)題，張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)中波天線采用了具有專利技術(shù)的直放式陶瓷絕緣組合基座，該基座具有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）直放式組合陶瓷絕緣基座將傳統(tǒng)采用的單體大陶瓷柱分解為由4～6個(gè)小高頻陶瓷組件組合而成。在使用中，單個(gè)高頻陶瓷可以直接插拔放入基座，檢修用更換非常方便。從抗壓強(qiáng)度看，單個(gè)陶瓷柱件即可承受天線相應(yīng)的垂直壓力，4～6個(gè)陶瓷柱組合后則更加保障了天線的強(qiáng)度安全。高頻陶瓷組件在施工時(shí)可使用方便，且體積小、重量輕，更易于搬運(yùn)、安裝，有效地縮短了施工周期。

（2）直放式組合陶瓷絕緣基座中設(shè)計(jì)的一組基座底板，可方便調(diào)節(jié)水平度，保護(hù)陶瓷垂直面均勻受力，避免了陶瓷因受力不均而產(chǎn)生的損壞；同時(shí)降低了對(duì)基礎(chǔ)的要求，避免了因基礎(chǔ)澆筑的誤差而導(dǎo)致的返工。

（3）直放式組合陶瓷絕緣基座中增設(shè)的安裝檢修螺栓，保障了安裝過(guò)程中高頻陶瓷的安全，同時(shí)使絕緣基座的檢修、更換更加便捷、快速。由于檢修螺栓可承受天線塔體的垂直壓力以及其他荷載力，因此在維護(hù)時(shí)，對(duì)天氣的要求大大降低，避免了因天氣等原因而導(dǎo)致的不能施工。

1.2 中波小天線工作原理及特點(diǎn)

中波小天線是在傳統(tǒng)λ/4拉線塔的基礎(chǔ)上演變而來(lái)，通過(guò)加頂、加粗天線直徑而縮短天線高度，天線高度一般為45 m，地網(wǎng)占地面積225 m2，調(diào)配房占地面積約36 m2。天線體做成四邊形塔體，頂部做成指數(shù)曲線或高斯曲線錐體，其等效電路仍是一種串聯(lián)諧振電路如圖1（a）所示，天線結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示。

圖1 小天線結(jié)構(gòu)及工作原理

天線由曲線錐形振子頂A和塔體L以及接地板（地網(wǎng)）B和饋電箱K組成。曲線錐體振子頂由金屬導(dǎo)體制成,直徑為4～10 m。塔體L由角鋼制作，接地板B采用直徑為10 m的地網(wǎng)或10 m×10 m的金屬板焊接而成。天線鋼塔結(jié)構(gòu)由絕緣座支撐，并通過(guò)設(shè)計(jì)的匹配網(wǎng)絡(luò)K饋電。

該天線為非平衡單極饋電，電流經(jīng)由天線振子與其鏡象形成對(duì)稱曲線振子分布，在空間輻射能量。該天線為垂直極化天線，主要傳輸?shù)夭ā?/p>

天線是由振子與其鏡像在空間形成輻射，因此，可以改變天線振子形狀而改變天線輻射場(chǎng)形，圖2（a）和（b）計(jì)算的是張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)48 m中波小天線水平輻射場(chǎng)和垂直輻射場(chǎng)方向性圖。

圖2 （a） 張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)48 m中波小天線水平輻射場(chǎng)方向性圖

圖2 （b） 張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)48 m中波小天線垂直輻射場(chǎng)方向性圖

1.3 中波小天線的特點(diǎn)

（1）天線采用了實(shí)用的自立式鋼塔結(jié)構(gòu)，無(wú)拉線、維護(hù)簡(jiǎn)單，可依據(jù)我國(guó)各地的不同地理及氣候條件因地制宜設(shè)計(jì)中波塔的抗風(fēng)、抗震強(qiáng)度。天線采用熱浸鋅鋼結(jié)構(gòu)制作，具有防腐性好、可抗臺(tái)風(fēng)、抗強(qiáng)地震以及使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

（2）饋電采取單極非平衡饋電，解決了中波小天線實(shí)現(xiàn)雙頻共塔的難題。網(wǎng)絡(luò)采用阻塞、雙并諧匹配、陷波等復(fù)合技術(shù)，保證了天線技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)性和設(shè)備性能的穩(wěn)定性，溫度適應(yīng)范圍在-40～+50 ℃，駐波比帶寬更寬。在選擇頻率的情況下還可實(shí)現(xiàn)三頻共塔。

（3）根據(jù)頻率選定塔身高度，天線的高度范圍在1/6λ～1/12λ，無(wú)需鋪設(shè)傳統(tǒng)天線式的大型地網(wǎng)，占用土地面積?。?00 m2）。天線頂端振子形狀可根據(jù)用戶需要選用直錐形、曲線錐形和高斯曲線錐形等三種形式，可使天線同周圍建筑物相互協(xié)調(diào)，個(gè)性而美觀。

2 中波天線配套設(shè)施建設(shè)

中波天線配套設(shè)施建設(shè)包括地網(wǎng)敷設(shè)、調(diào)配房修建以及防雷接地工程等。

2.1 調(diào)配房建設(shè)

調(diào)配房利用基礎(chǔ)柱而建，墻體采用普通磚壘砌，調(diào)配房總體面積約36 m2，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定門的方位。調(diào)配房屋頂采用現(xiàn)澆筑，為便于排水，需向后傾斜5°伸出后墻體200 mm，房頂做防水處理；室內(nèi)地面C15混凝土，厚150 mm；調(diào)配室四面安裝屏蔽網(wǎng)，材料為銅網(wǎng)；樓頂中心位置線位置方處開(kāi)一400 mm×400 mm的孔作為天線引下線入孔。

2.2 中波天線地網(wǎng)建設(shè)

地網(wǎng)線以中波小天線塔基中心為圓心，埋設(shè)一塊1 m×1 m的銅板作為中心地板，并在銅板四周放射狀焊接120根長(zhǎng)約30～70 m的Ф3銅線形成工作地網(wǎng)，埋深約為30～50 cm。地網(wǎng)末端環(huán)連，每根銅線的內(nèi)外環(huán)接點(diǎn)最好用氧氣加銅焊條焊好，如圖3所示。

圖3 地網(wǎng)建設(shè)示意圖

2.3 防雷系統(tǒng)建設(shè)

防雷接地網(wǎng)采用水平接地體及垂直接地體相互連接而成，并在對(duì)角線上加裝防雷接地裝置，接地裝置采用角鋼和扁鋼焊接制作，大小規(guī)格為500×500×2500，埋深 4 m，置于凍土層以下，接地電阻不大于4 Ω。天線防雷接地應(yīng)與機(jī)房防雷地相連接，形成統(tǒng)一的均衡接地網(wǎng)。水平接地體選材規(guī)格不低于扁鋼40×4，垂直接地體為2 m∠50×4角鋼。接地體采用熱浸鋅表面處理。當(dāng)接地電阻不夠時(shí)，可增加一條或多條接地裝置，并用水平接地體進(jìn)行環(huán)形連接。

3 調(diào)配網(wǎng)絡(luò)

中波小天線由于阻抗低難于匹配，因此調(diào)配網(wǎng)絡(luò)采用了成都凌風(fēng)公司新型電·磁耦合雙回路型調(diào)配網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在駐波比VSWR≤1.20的情況下，可使603 kHz的工作帶寬達(dá)到9 kHz以上，1 278 kHz達(dá)到30 kHz以上。根據(jù)實(shí)測(cè)天線阻抗，設(shè)計(jì)的電·磁耦合雙回路型調(diào)配網(wǎng)，其工作原理如圖4所示。

圖4中L0為微亨級(jí)防雷接地泄放線圈；L1與C1、L5與C5并聯(lián)諧振形式分別構(gòu)成對(duì)12 781 kHz與603 kHz的阻塞網(wǎng)絡(luò)，C2與C3為隔直電容，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的防雷作用；L3、L4、C3、C4、與CM1構(gòu)成603 kHz的電磁耦合雙并聯(lián)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)603 kHz的阻抗匹配；同理，L7、L8、C7、C8、與 CM2構(gòu)成 1 278 kHz的電磁耦合雙并聯(lián)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)1 278 kHz的阻抗匹配。

本網(wǎng)絡(luò)中L0為防雷接地泄放線圈，C2、C6為隔直電容，L3、L4、L7、L8、均為微亨級(jí)電感接地，因此，本網(wǎng)絡(luò)具有多重防雷泄放作用，防雷效果極佳。

調(diào)試完成后各頻率駐波比測(cè)試曲線如圖5所示。

圖4 電·磁耦合雙回路型調(diào)配網(wǎng)工作原理

圖5 各頻率駐波比測(cè)試曲線

與傳統(tǒng)的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)相比，電·磁耦合雙回路型調(diào)配網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）使各頻率的工作帶寬得到實(shí)質(zhì)性提高。與傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)相比，新型調(diào)電磁雙耦合雙回路調(diào)諧技術(shù)采用雙調(diào)諧技術(shù)，其工作帶寬比傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的工作帶寬增加2倍左右，大大增加了天饋網(wǎng)絡(luò)的工作帶寬，使發(fā)射系統(tǒng)工作更穩(wěn)定。

（2）使各頻率的載頻駐波比達(dá)到最佳。由于采用電·磁耦合雙回路型調(diào)配網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使各頻率具有足夠?qū)挼墓ぷ鲙挘恍枰獱奚d頻駐波比來(lái)滿足工作帶寬的需要，因此，各頻率的載頻駐波比可以達(dá)到1.05以下，滿足招標(biāo)文件提出載頻駐波比小于1.05的指標(biāo)要求。

（3）實(shí)質(zhì)性地增強(qiáng)了防雷效果。一般情況下，中波天線屬于區(qū)域中最高建筑物，極易遭受雷擊，而絕緣自立式中波天線與大地隔絕，當(dāng)遭遇雷擊時(shí)，天線自身不能為雷電流提供有效的泄放通路，而只能依靠調(diào)配網(wǎng)絡(luò)提供的通路進(jìn)行泄放，因此，絕緣自立式中波天線的防雷主要取決于調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的防雷效果。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于防雷一般采取的是加高頻扼流接地線圈，這種方法能解決一定的雷電問(wèn)題，但當(dāng)高頻扼流接地線圈不能完全泄放或泄放不及時(shí)時(shí)，雷電流仍可能通過(guò)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)傳送到發(fā)射機(jī)，造成設(shè)備損壞。而新型電磁耦合雙回路調(diào)配網(wǎng)絡(luò)采用電磁耦合原理，具有物理隔離雷電流作用，使天線端與發(fā)射機(jī)之間形成物理隔離，同時(shí)，調(diào)配網(wǎng)絡(luò)多處使用微亨級(jí)電感線圈接地以及電容隔直，對(duì)雷電流進(jìn)行多級(jí)泄放和設(shè)防，因此，能更好地解決天線防雷問(wèn)題。

（4）提高了抗電磁干擾能力。電·磁耦合雙回路型調(diào)配網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。當(dāng)前，中波臺(tái)已不是傳統(tǒng)意義上只發(fā)射中波頻率的中波臺(tái)，除發(fā)射多套中波頻率以外，還兼顧短波及調(diào)頻電視節(jié)目的發(fā)射，很少有單頻工作的，因此，常常出現(xiàn)各頻率之間相互串?dāng)_的問(wèn)題。傳統(tǒng)的解決辦法是在匹配網(wǎng)絡(luò)后面增加陷波吸收網(wǎng)絡(luò)，如果出現(xiàn)多個(gè)頻率之間的串?dāng)_，則需增加幾套吸收網(wǎng)絡(luò)，從而增加元器件的使用量，造成網(wǎng)絡(luò)損耗加大。在當(dāng)前信息化高速發(fā)展，干擾源增多，電磁場(chǎng)日益復(fù)雜，同時(shí)臨近臺(tái)站發(fā)射頻率常常出現(xiàn)晚上通過(guò)天波相互串?dāng)_的情況，采用傳統(tǒng)方式已不能很好地解決這些問(wèn)題，而新型電磁耦合并聯(lián)諧振雙回路調(diào)配網(wǎng)絡(luò)采用兩級(jí)變換，波形平坦，具有良好的矩形寬帶特性，帶外衰減也大大提高，從而有效減少了本臺(tái)或臨近臺(tái)其他頻率之間的相互串?dāng)_問(wèn)題，實(shí)質(zhì)性提高了調(diào)配網(wǎng)絡(luò)要求的抗電磁干擾能力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述中波小天線一系列新技術(shù)的運(yùn)用，張家口中波臺(tái)中波小天線工作正常穩(wěn)定，在滿功率狀態(tài)下各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到甲級(jí)。通過(guò)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試近中遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)衰減平穩(wěn)，效果滿意。在開(kāi)闊地帶，與使用傳統(tǒng)桅桿天線的場(chǎng)強(qiáng)基本一致；在山區(qū)地帶，小天線的場(chǎng)強(qiáng)略遜于其他天線。總之，小天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、便于維護(hù)等特點(diǎn)，結(jié)合電磁耦合雙回路調(diào)配網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用，提高了各頻率的工作帶寬，增強(qiáng)了防雷能力，減少外來(lái)的電磁干擾，整個(gè)天饋系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，確保了安全、優(yōu)質(zhì)、不間斷的播出。因此，中波小天線建設(shè)和新技術(shù)在的應(yīng)用，徹底解決了張家口109轉(zhuǎn)播臺(tái)場(chǎng)地小、土地使用緊張的難題，具有廣闊的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值。