并饋式自立塔中波天線的應用分析

劉鈺毅

摘 要 近年來，并饋式自立塔中波天線發(fā)展較快，在底部絕緣性、天線利用率以及整體結構布局較傳統拉線塔均有著明顯的優(yōu)勢，因此具有較大的推廣與應用價值。文章在對并饋式自立塔中波天線的結構及原理開展深入分析的基礎上，研究了并饋式自立塔中波天線的特點及應用。

關鍵詞 并饋式；自立塔；中波天線；應用

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）236-0085-02

天線用于對傳輸線中的高頻電磁能進行轉化，利用轉化后的自由空間電磁波進行信號的傳輸，中波天線依據發(fā)射效率以及發(fā)射效果又分為T型、伽馬型、單塔式以及自立天線等類型，目前伴隨新技術的應用，發(fā)射效率較低的T型、伽馬型等類型已經逐漸被淘汰，單塔式以及自立天線等逐漸受到重點關注，特別是并饋式天線作為一種新型的天線類型在國外得到了廣泛的應用。

1 并饋式自立塔中波天線的結構與原理

在并饋式自立塔中波天線系統中，中波發(fā)射機的重要組成部分即為并饋式天線系統，包括饋線、天線以及調配網絡等結構部件，借助發(fā)射天線，實現了電流能量向電磁波能量的轉化，并將轉化得到的電磁波能量向外太空輻射到指定區(qū)域，在實際應用中可極大提升信號傳輸的精度以及效率。

并饋式中波天線系統其結構如圖1所示，結構上包括地網、饋電點以及天線平臺、自立鐵塔等，鐵塔高度以及平臺高度均有明確的限值要求。自立鐵塔布置于地網系統之上，結構設計上充分考慮了當地地質特點，并綜合塔重以及高度特性進行結構橫斷面的設計，選用等邊三角形橫斷面設計作為支撐平面，在支撐腳間增設受力加固結構，提升自立塔塔體整體的結構穩(wěn)定性，塔底空間用作調配室。并饋式自立塔需設平臺結構，由塔底調配室輸出的導線經由該平臺轉化為并饋式電信號，實現電信號的高效傳播。但在結構設計中取消了固定結構件以及絕緣底座，有利于整體的成本控制。

并饋式自立塔的工作原理參考如圖2所示，圖中的A、B、C、D各點分別代表了調配室輸出、饋電平臺、塔頂以及塔底地網的結構位置，由圖2可知，調配室輸出的高頻電流傳輸至中部饋電平臺后出現了兩路的分支，分別對應圖中i流路的兩個分支，分別流向自立塔塔頂以及底部地網，形成了輻射天線體和接地線體，通過對接地線的輸入阻抗進行計算可得到天線體向外輻射的能量值，進而推算得到天線向外輻射能量的途徑及方式。

當中部饋電平臺高度h=λ/4，其中λ為載波頻率的波長，則接地線輸入阻抗可達無窮大，高頻電信號通過輻射作用傳輸至外界環(huán)境；反之，當饋電平臺高度是其他值時，此時i流路的第二條分支中的電信號通入大地，接地線輸入阻抗無損耗作用，但仍會影響到天線輻射效率，最優(yōu)饋電平臺高度應為h=λ/4。

其工作原理：高頻調幅能量通過并聯的電抗來激勵天線體，在工作過程中中波天線通過間接作用接地，而當受到雷擊干擾時，由于雷電信號為直流低頻成分，是直接接地的，因此具有較優(yōu)的防雷擊性能。并饋式自立塔的中波天線輻射能量依據下式進行計算：

水平向：f（x）=Q

豎直向：f（y）=cos（yDsinA-cosyD）/cosy，式中y為相移系數，A為射線仰角。

天線輸入阻抗通常依據共性網絡設計計算得到，一般并饋式自立塔的輸入阻抗曲線較傳統塔的差異較大；載波時天線底部電流值和電壓值以及滿負荷調幅電流有效值、電壓峰值等均可通過經驗關聯式計算得到。

2 并饋式自立塔中波天線的特點

并饋式自立塔中波天線又稱為SFA，目前正廣泛應用于英、法、美等區(qū)域，在實際應用中有著傳統絕緣拉繩式天線塔所不可比擬的優(yōu)勢，其特點對比總結為以下幾方面：首先，在成本控制上，并饋式自立塔取消了固定結構件以及絕緣底座，有利于實現提效降成本的目標；其次，直流接地的防雷設計；再次，支持多頻共塔，綜合性強，支持包括FM、微波天線在內的多種系統及設備，且與拉線式發(fā)射塔相比，天線的防護等級更高；在自立塔中間部位設置饋線平臺，底部設置包括內環(huán)以及外環(huán)的地網結構件，其接地電阻小于2Ω。

3 并饋式自立塔中波天線的應用及覆蓋效果

文章以某地區(qū)廣播電視臺的自立塔為例，分析了并饋式自立塔中波天線的應用，主要包括了鐵塔結構、地網敷設以及饋管的架設等3方面。

3.1 鐵塔結構

該區(qū)域廣播電視臺的中波天線采用了兩套并饋式自立塔系統，東西向布置，在塔體的結構設計上，選用了結構支撐較為穩(wěn)定的正三角形橫截面設計，并進行了結構加固。自立鐵塔布置于地網系統之上，在自立塔的結構設計上，充分考慮了當地地質特點，并綜合塔重以及高度特性進行結構橫斷面的設計，在支撐腳間增設受力加固結構，提升自立塔塔體整體的結構穩(wěn)定性，塔底空間用作調配室。并饋式自立塔塔身高度一致，均為130m，在各個塔體地腳結構中，地腳間距6m，塔體周圍均勻環(huán)繞銅導線，將終端短路平臺與網絡輸出端連接，實現塔體饋電。

3.2 地網敷設

并饋式自立塔與傳統天線塔的主要區(qū)別即增加了地網結構以及中間饋線平臺的設計，在地網結構的設計中，兩臺中波天線自立塔的地網結構均由等長的同質導線交錯敷設完成，埋入地下深度約為50厘米左右，地網銅線與接地銅板間通過等規(guī)格的銅排進行連接，調配室輸出的高頻電流傳輸至中部饋電平臺后分別流向自立塔塔頂以及底部地網，形成了輻射天線體和接地線體，通過對接地線的輸入阻抗進行計算可得到天線體向外輻射的能量值，各鐵塔間的接地電阻均不高于2Ω。

3.3 饋管的架設

自立塔中部的饋管平臺架設中，借助發(fā)射天線，實現了電流能量向電磁波能量的轉化，并在此基礎上，將轉化得到的電磁波能量向外太空輻射到指定區(qū)域。傳統饋管的裝配都是置于空中，而該電視塔的饋管架設時穿過地下管道，可避免雷電成分混雜于饋管中，造成信號干擾，另一方面對發(fā)射機也起到了一定的保護作用，優(yōu)化環(huán)境。

3.4 覆蓋效果

該地區(qū)廣播電視臺位于中部區(qū)域，中波主要以地波傳播為主，其覆蓋效果與種類及功率、頻率、地勢等均有關系，結合場強測試數據，選取南北方向的8個測點分析了并饋式天線覆蓋效果。選取了3個頻率段開展發(fā)射功率的計算，分析了個區(qū)域的場強覆蓋效果。

在市區(qū)南部的中央商務區(qū)中，場強覆蓋效果較北部區(qū)域降低了約20dB，據實地調查發(fā)現，該場強覆蓋效果主要受高樓的遮擋作用影響較大，在該區(qū)域內的地導效果較差，導致了該區(qū)域場強覆蓋效果遠低于其他區(qū)域；而在地勢相對平坦的中部區(qū)域，由于沒有了建筑物的遮擋作用，其場強覆蓋效果較優(yōu)，高達90dB。

在當地的城市服務中心區(qū)域，其場強覆蓋效果與8km以外的活動中心相比，差了10dB，經過實地勘測與分析，發(fā)現造成這種差異的主要原因即為城市高樓建筑的阻擋作用，城市高樓的阻擋導致地導系數的降低，影響到實際收聽效果。

當地村鎮(zhèn)區(qū)域，地勢平坦，距發(fā)射臺70km左右，但由于周邊高樓建筑較少，地勢較為平坦，地導系數較好，場強略高，但也有一些區(qū)域受到周邊地形的影響，場強衰減較大，收聽效果差。

4 結論

并饋式自立塔中波天線目前正得到廣泛應用，在實際應用中有著傳統絕緣拉繩式天線塔所不可比擬的優(yōu)勢，自立塔取消了固定結構件以及絕緣底座，直流接地的防雷設計，并支持多頻共塔，綜合性強，天線的防護等級更高。自立塔中間部位設置饋線平臺，底部設置包括內環(huán)以及外環(huán)的地網結構件，相信以后并饋式中波天線必將會得到廣泛的應用。

參考文獻

[1]何紅宇，陳燕武，周衛(wèi)華，等.并饋式自立鐵塔中波天線[J].廣播與電視技術，2014（5）.

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