中波發(fā)射天線絕緣底座的最大耐壓值分析與計(jì)算

謝 利

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心610臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010010

引 言

廣播發(fā)射塔由于塔身需要保持與地面的絕緣，故采用在發(fā)射塔的底部安裝絕緣底座來實(shí)現(xiàn)絕緣，并且絕緣底座的絕緣電壓等級(jí)必須大于天線承受的最大功率所對(duì)應(yīng)的電壓等級(jí)。如果絕緣電壓的等級(jí)達(dá)不到要求，就可能造成天線輸入電壓擊穿絕緣底座，進(jìn)而對(duì)整個(gè)中波拉線塔的穩(wěn)定性造成破壞。

日常的絕緣底座維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要定期的查看，但要注意觀察。由于絕緣底座長期承受高頻電壓，且一直處于環(huán)境較差的戶外，所以很可能會(huì)出現(xiàn)絕緣底座裂紋和抱箍開裂，從而導(dǎo)致其絕緣度降低，影響正常播出。

610臺(tái)的中波拉線北塔采用兩部50kW發(fā)射機(jī)共用的雙頻共塔模式，在近期的檢修過程中發(fā)現(xiàn)北塔的絕緣底座出現(xiàn)裂痕，須及時(shí)更換絕緣底座。在選取絕緣底座的過程中，必須要考慮絕緣底座的最大耐壓值，以確保絕緣底座不會(huì)被高頻電壓擊穿。

根據(jù)《中短波廣播發(fā)射臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，中波發(fā)射塔的絕緣底座可以承受的最大電壓，要求在絕緣底座的每厘米的高度面上要小于等于1.0KV，610臺(tái)所選取絕緣底座為高76cm的桶型高頻絕緣底座，可承受的最大電壓等級(jí)為76KV。

1 天線輸入阻抗Z

中波天線的輸入阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)阻抗，數(shù)學(xué)表達(dá)式為Z=R±jA。

R為天線的輻射電阻，它的阻值體現(xiàn)了廣播發(fā)射天線將射頻電流轉(zhuǎn)變成電磁波輻射的能力，電阻值越大天線的輻射能力就越強(qiáng)。天線的效率是由輻射電阻與地網(wǎng)的接地電阻共同決定的，輻射電阻的阻值越大，天線的效率就越高。在中波頻段內(nèi)，輻射電阻值大小基本上與頻率高低成正比關(guān)系。

A為天線的輻射電抗，就是把天線阻抗中的虛部稱作天線輻射電抗。電抗部分的大小與性質(zhì)是由天線輻射體自身來決定的，在中波頻段內(nèi)輻射電抗值大小與頻率高低成先高后低的關(guān)系。

Z輸入阻抗是天線最重要的一個(gè)指標(biāo)，但是往往測(cè)量值與計(jì)算值之間存在很大誤差。天線輸入阻抗的大小與發(fā)射機(jī)的頻率、發(fā)射塔的高度、發(fā)射機(jī)的載波功率、發(fā)射天線的等效直徑都有關(guān)系，所以要用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)天線輸入阻抗直接進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)量時(shí)，在天線饋點(diǎn)上，將網(wǎng)絡(luò)分析儀接地端接在地網(wǎng)、地井與天調(diào)室屏蔽連接端的銅皮上，測(cè)量端接在發(fā)射塔下端的饋線上。開機(jī)選取對(duì)應(yīng)的頻率進(jìn)行開路和短路的校準(zhǔn)，并進(jìn)行測(cè)量，查看測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，直到輸入阻抗為最佳。

2 中波發(fā)射塔絕緣底座最大耐壓電壓E

發(fā)射塔底座最大電壓計(jì)算公式為：

其中，P—發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，單位W。

R—天線的輻射電阻，單位Ω。

S—發(fā)射機(jī)的最大調(diào)幅度，不超過百分之140%。

A—天線輻射電抗，單位Ω。

V—感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位V，一般不超過300V。

610臺(tái)北塔天線為675KHz和1458KHz兩部50kW發(fā)射機(jī)所組成的雙頻共塔天線，高為102米，發(fā)射功率均為50kW。

其中，內(nèi)蒙古漢語新聞綜合廣播的頻率為675KHz，實(shí)測(cè)天線輸入阻抗為Z=17-j101，代入公式：

內(nèi)蒙古蒙語新聞綜合廣播的頻率為1458KHz，實(shí)測(cè)天線輸入阻抗為Z=730+j182，代入公式：

可以得到發(fā)射塔底座的最大電壓E=E1+E2=47.23KV。

由于絕緣底座最大耐壓76KV遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)射塔電壓，并且有28KV的耐壓余量，所以選取高度為76cm的絕緣底座完全可以滿足發(fā)射塔安全穩(wěn)定的性能對(duì)其絕緣底座的要求。

3 610臺(tái)其它三座中波發(fā)射塔的耐壓值大小的分析與計(jì)算

由于北中波發(fā)射塔的絕緣底座出現(xiàn)裂痕，在例行檢修中被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并且通過計(jì)算得出絕緣底座最大電壓值，選擇了合適高度的絕緣底座替換，從而保證了發(fā)射機(jī)的安全播出。

為了防患于未然，以便在將來其他三座發(fā)射塔出現(xiàn)同樣的問題時(shí)能第一時(shí)間拿出解決方案，現(xiàn)將東塔、西塔、南塔三座中波拉線塔的最大耐壓值計(jì)算出來。計(jì)算結(jié)果如下：

東塔：中央人民廣播電臺(tái)中國之聲549KHz與中央人民廣播電臺(tái)經(jīng)濟(jì)之聲855KHz雙頻共塔，發(fā)射功率均為10kW，塔高76M。經(jīng)測(cè)量得到，549KHz天線輸入阻抗Z=10-j214；855KHz天線輸入阻抗Z=29.5-j17.5。從而計(jì)算得到E=E1+E2=27.23+2.912=30.14KV。

西塔，中央人民廣播電臺(tái)民族之聲1305KHz與呼和浩特廣播電視臺(tái)綜合廣播945KHz雙頻共塔，發(fā)射功率均為10kW，塔高76米。經(jīng)測(cè)量得到，1305KHz天線輸入阻抗Z=273+j272；945KHz天線輸入阻抗Z=44.5+j35。從而計(jì)算得到E=E1+E2=9.66+3.78=13.44KV。

南塔：內(nèi)蒙古人民廣播電臺(tái)農(nóng)村牧區(qū)廣播1557KHz單頻發(fā)射，發(fā)射功率為10kW，塔高76米。經(jīng)測(cè)量得到，1557KHz天線輸入阻抗Z=705-j197；從而計(jì)算得到E=11.34KV。

通過以上的計(jì)算可以得出三座塔的絕緣底座的最大電壓都與76KV有較大距離，在備份絕緣底座時(shí)可統(tǒng)一選取高為76厘米的桶型高頻絕緣底座，完全可以滿足天線對(duì)絕緣底座的要求。

結(jié)束語

中波天線輸入阻抗在平時(shí)的天饋線系統(tǒng)維護(hù)中往往容易被人忽略。實(shí)際上天線輸入阻抗的大小直接影響天線對(duì)絕緣底座最大耐壓值的要求，并隨頻率的變化其阻值的大小波動(dòng)巨大，且不與頻率大小成嚴(yán)格正比例關(guān)系。近年來，雙頻共塔甚至三頻共塔技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)天線絕緣底座耐壓最大值有了新的要求。由于絕緣底座的穩(wěn)定性直接影響發(fā)射塔塔身的穩(wěn)定性，所以要對(duì)絕緣底座最大耐壓值這個(gè)指標(biāo)要引起足夠的重視，以保質(zhì)保量的完成播出任務(wù)。在更換絕緣底座或者發(fā)射頻率發(fā)生改變時(shí)，一定要對(duì)天線輸入阻抗重新測(cè)量，確保絕緣底座最大耐電壓值大于發(fā)射天線最大電壓值。