中波廣播發(fā)射天線的原理與維護(hù)

【摘要】廣播電臺(tái)是重要的媒介形式之一，擁有廣泛的受眾基礎(chǔ)。當(dāng)前在廣播領(lǐng)域，中波廣播發(fā)射天線的應(yīng)用十分頻繁，深入剖析其技術(shù)原理，對(duì)于提升中波廣播發(fā)射天線的建設(shè)水平，加強(qiáng)中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)工作有重要意義。基于此，本文介紹了中波廣播發(fā)射天線的基本原理、技術(shù)要點(diǎn)和常見(jiàn)形式，分析了中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)策略，提出了提升中波廣播發(fā)射天線應(yīng)用效能相關(guān)建議，為讀者提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】中波廣播發(fā)射天線；原理；維護(hù)

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.19.003

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前廣播信號(hào)的傳播方式多種多樣，中波廣播發(fā)射天線具有抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)質(zhì)量高的優(yōu)勢(shì)，在廣播領(lǐng)域的應(yīng)用很多。中波廣播發(fā)射天線的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由發(fā)射機(jī)、天配室、鐵塔、地網(wǎng)等多個(gè)部分構(gòu)成，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)需要各部分協(xié)同配合，保證參數(shù)的合理性，才能確保信號(hào)質(zhì)量最優(yōu)。同時(shí)，廣播電臺(tái)媒體要做好中波天線的維護(hù)工作，減少故障的發(fā)生概率，為其創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。本文從中波廣播發(fā)射天線的工作原理入手，探討了中波天線運(yùn)行的技術(shù)要點(diǎn)和常見(jiàn)形式，并分析了廣播天線的維護(hù)策略，以供參考。

1. 中波廣播發(fā)射天線的原理

1.1 基本原理

中波廣播發(fā)射天線的核心原理是電磁波的轉(zhuǎn)化和發(fā)射，廣播信號(hào)中波經(jīng)由發(fā)射機(jī)由高頻電能轉(zhuǎn)化為電磁波，并在電場(chǎng)環(huán)境的影響下出現(xiàn)極化現(xiàn)象，形成垂直極化波，即傳播方向與發(fā)射方向相垂直的電磁波。垂直極化波沿著預(yù)定的傳播方向進(jìn)行輻射，經(jīng)由收音機(jī)天線接收后轉(zhuǎn)化處理成為可聽(tīng)信息。

一般來(lái)說(shuō)，中波廣播的頻率較低，在526.5～1606.5 kHz之間，波長(zhǎng)為186.7～569.8 m。這一頻段以地面波繞射傳輸為主，地波的特點(diǎn)在于抗干擾能力強(qiáng)，場(chǎng)強(qiáng)衰減與傳播距離成正比。中波廣播發(fā)射天線也可以采用天波，傳播范圍更大，但穩(wěn)定性有所不足，如果廣播電臺(tái)發(fā)射的功率不夠，天波信號(hào)質(zhì)量難以滿足實(shí)際需求。因此在實(shí)際應(yīng)用中，中波廣播發(fā)射天線更多地采用直立式垂直天線，天線高度76 m。

1.2 技術(shù)要點(diǎn)

中波廣播發(fā)射天線是廣播電臺(tái)運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)技術(shù)直接關(guān)系到信號(hào)傳播的質(zhì)量，因此要明確中波廣播發(fā)射天線的技術(shù)要點(diǎn)，才能充分發(fā)揮出其價(jià)值。中波廣播發(fā)射天線的技術(shù)要點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)。

第一，天饋線系統(tǒng)

中波廣播發(fā)射天線的覆蓋場(chǎng)強(qiáng)與信號(hào)質(zhì)量有密切關(guān)系，而影響場(chǎng)強(qiáng)的因素則有兩個(gè)：一是發(fā)射機(jī)的功率，二是發(fā)射機(jī)天饋線系統(tǒng)。饋線作為發(fā)射機(jī)功率傳輸?shù)闹饕ǖ溃绻祓伨€系統(tǒng)設(shè)計(jì)不佳或缺乏維修養(yǎng)護(hù)，必然會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性造成影響，導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法傳輸。天饋線系統(tǒng)是中波天線發(fā)射機(jī)的重要構(gòu)成，包括天線、饋線和天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)。天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的作用包括天、饋?zhàn)杩蛊ヅ?，防雷功能，隔離功能等。

第二，架設(shè)高度

中波廣播發(fā)射天線在設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)需要考慮架設(shè)高度問(wèn)題，高度對(duì)中波天線的發(fā)射效率有所影響，為了讓發(fā)射效率達(dá)到最高值，需要合理計(jì)算天線架設(shè)高度。當(dāng)前中波廣播發(fā)射天線普遍采用直立式垂直天線，這類天線架設(shè)高度公式為H=0.53λ（λ為發(fā)射頻點(diǎn)波長(zhǎng)），當(dāng)高度符合這一公式時(shí)，既能夠增加天線輻射，又可以避免高仰角產(chǎn)生的副瓣[1]。中波廣播發(fā)射天線的高度不同，最大電流位置也不同，當(dāng)H=0.25λ時(shí)，最大電流位置位于天線底部，這時(shí)地波輻射較弱，信號(hào)傳輸效果不好。而隨著高度的增加，最大電流位置逐漸上移，當(dāng)H達(dá)到0.5λ左右時(shí)，最大電流位置會(huì)移動(dòng)至天線的中部，此時(shí)中波天線在垂直面的方向性較強(qiáng)，地波輻射增強(qiáng)，覆蓋范圍擴(kuò)大。

第三，地網(wǎng)設(shè)計(jì)

地面是一種良好的導(dǎo)體，在中波廣播發(fā)射天線中開(kāi)展地網(wǎng)設(shè)計(jì)，主要是考慮到地網(wǎng)的三大優(yōu)勢(shì)：①增強(qiáng)發(fā)射效率，地網(wǎng)導(dǎo)體能夠增加地面電子負(fù)荷，使天線電流通路阻抗降低，從而減少損失，提升信號(hào)質(zhì)量；②強(qiáng)化接收效果，地網(wǎng)有助于吸收電磁干擾，提升中波天線的抗干擾性能；③延長(zhǎng)天線壽命，中波天線設(shè)置在露天環(huán)境，容易受到氣候等因素的干擾，地網(wǎng)能夠在惡劣天氣中保護(hù)天線不受損害。中波廣播發(fā)射天線的地網(wǎng)設(shè)計(jì)要注意各項(xiàng)參數(shù)，一般以天線鐵塔桅桿中心為圓心，用直徑2～3 mm、長(zhǎng)度0.3～0.5λ的銅導(dǎo)線繞圓心以放射狀的方式進(jìn)行鋪設(shè)，共需120根，每?jī)筛g夾角為3°，地網(wǎng)鋪設(shè)深度30～50 cm，可根據(jù)實(shí)際需要逐步加深。

1.3 常見(jiàn)形式

當(dāng)前，中波廣播發(fā)射天線由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，有多種結(jié)構(gòu)和形式，當(dāng)前較為常見(jiàn)的包括單塔天線、斜拉線頂負(fù)荷型單塔天線、并饋式中波天線等。

1.3.1 單塔天線

單塔天線一般是指垂直振子的普通單塔天線類型，是當(dāng)前我國(guó)中波廣播發(fā)射臺(tái)普遍采用的一種形式。單塔天線的構(gòu)成包括鐵塔、地網(wǎng)、絕緣底座、鋼制天線桅桿、絕緣拉繩等，能夠在水平方向進(jìn)行無(wú)方向性輻射。

1.3.2 斜拉線頂負(fù)荷型單塔天線

斜拉線頂負(fù)荷型單塔天線是在單塔天線的基礎(chǔ)上在頂部增加斜拉線，以增加塔頂電流。一般來(lái)說(shuō)，斜拉線的數(shù)量在3～5根左右，長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)小于1/2的垂直高度（傾角45°～60°），材質(zhì)為鋼絞線或銅線。相較于一般的普通單塔天線，斜拉線頂負(fù)荷型單塔天線的優(yōu)勢(shì)在于能夠增加有效高度，提升天線頻率，還能降低天線匹配網(wǎng)絡(luò)成本[2]。

1.3.3 并饋式中波天線

相較于其他中波天線類型，并饋式中波天線的特征在于取消了絕緣底座和絕緣拉繩，占地面積更小，外形更加美觀；鐵塔直流接地，這意味鐵塔具有良好的防雷效果，雷電天氣不會(huì)對(duì)發(fā)射機(jī)造成損傷。并饋式中波天線能夠?qū)崿F(xiàn)大功率、多頻工作，更具經(jīng)濟(jì)效益。

2. 中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)策略

2.1 完善維護(hù)機(jī)制，開(kāi)展周期維護(hù)

中波廣播發(fā)射天線的工作環(huán)境比較惡劣，故障問(wèn)題的發(fā)生概率較高，為了避免天線損壞等原因影響廣播電臺(tái)媒體的正常服務(wù)，維護(hù)部門應(yīng)當(dāng)構(gòu)建完善的周期性維護(hù)機(jī)制，定期對(duì)整個(gè)中波天線系統(tǒng)進(jìn)行全方位的排查和維護(hù)。

首先，要制定中波廣播發(fā)射天線維護(hù)制度，明確維護(hù)工作的具體內(nèi)容、崗位責(zé)任、人員分工，并根據(jù)不同的維護(hù)工作確定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，讓每個(gè)維護(hù)人員開(kāi)展工作能夠有明確的引導(dǎo)和規(guī)范。例如對(duì)于每一次的維護(hù)工作，應(yīng)當(dāng)做好詳實(shí)的記錄工作，包括維護(hù)日期、維護(hù)內(nèi)容、責(zé)任人等等，確保維護(hù)工作的開(kāi)展符合要求，一旦出現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)找到負(fù)責(zé)人。其次，要確定維護(hù)周期。中波廣播發(fā)射天線不同部位的維護(hù)周期有所不同，在不同階段維護(hù)的具體事項(xiàng)也有所不同。以天饋線系統(tǒng)為例，天饋線系統(tǒng)的維護(hù)周期分為周維護(hù)、月維護(hù)和年維護(hù)，在周維護(hù)中，需要對(duì)饋線零部件進(jìn)行清潔、檢查和基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)；在月維護(hù)中，要進(jìn)行天線和饋線的參數(shù)檢查和調(diào)整；在年維護(hù)中，要測(cè)量饋線的對(duì)地絕緣，要調(diào)整饋線垂度等[3]。最后，要制定維護(hù)人員考核制度，根據(jù)維護(hù)內(nèi)容和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)維護(hù)人員的工作成果進(jìn)行考核，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題和不足，提升維護(hù)工作效果。

2.2 明確維護(hù)要點(diǎn)，開(kāi)展全面檢查

中波廣播發(fā)射天線的結(jié)構(gòu)十分精密，任何一個(gè)部分出現(xiàn)故障，或參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，都有可能對(duì)整個(gè)裝置產(chǎn)生影響，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。因此，維護(hù)工作的重要性不言而喻，廣播電臺(tái)媒體機(jī)構(gòu)的維護(hù)人員要充分把握中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)要點(diǎn)，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，做好故障問(wèn)題的事前預(yù)防工作。

總體來(lái)看，維護(hù)檢查工作可分為三部分進(jìn)行：①外觀檢查。外觀檢查是整個(gè)中波廣播發(fā)射天線維護(hù)工作的基礎(chǔ)，外觀檢查之所以重要，是因?yàn)橹胁ㄌ炀€位于戶外，長(zhǎng)期遭受日曬雨淋，很多零部件和結(jié)構(gòu)容易受到外界因素的影響，出現(xiàn)銹蝕、磨損、斷裂等情況，通過(guò)基礎(chǔ)的外觀檢查能夠快速發(fā)現(xiàn)這一類問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行零部件的維修和更換，做好防銹、潤(rùn)滑等養(yǎng)護(hù)措施，避免小問(wèn)題擱置不管后演化成大問(wèn)題。②參數(shù)維護(hù)。中波廣播發(fā)射天線為了達(dá)到更好的發(fā)射效果，需要控制大量的參數(shù)，在運(yùn)行過(guò)程中，需要確保參數(shù)的完整性，維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合國(guó)家發(fā)布的《中、短波廣播發(fā)射臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GYJ 34-1988）、《中、短波天饋線運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》等文件開(kāi)展維護(hù)工作，并將參數(shù)記錄在案[4]。③性能檢查。中波廣播發(fā)射天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)人員在開(kāi)展性能檢查時(shí)，要借助專業(yè)性工具。性能檢查內(nèi)容較多，主要包括電氣性能、絕緣性能、預(yù)調(diào)器性能、天線陣列性能等等。以電氣性能檢查為例，可以采用電流測(cè)量法、電壓測(cè)量法等常規(guī)手段，也可以采用矩量法并借助積分方程開(kāi)展電流分析，并計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)。

2.3 明確干擾因素，提升發(fā)射效率

開(kāi)展中波廣播發(fā)射天線維護(hù)工作的根本目的在于確保天線工作的可靠性，不斷提升發(fā)射效率，確保信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和覆蓋范圍。盡管中波廣播發(fā)射天線的抗干擾能力比較強(qiáng)，但在實(shí)際的信號(hào)發(fā)射和接收過(guò)程中，也仍然會(huì)受到各種外界因素的干擾，影響廣播電臺(tái)的服務(wù)效能。因此，中波廣播發(fā)射天線維護(hù)工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是排查干擾因素，減少外部對(duì)廣播信號(hào)的干擾。中波廣播發(fā)射天線的常見(jiàn)干擾源包括電磁干擾、頻率干擾等，維護(hù)人員要深入分析信號(hào)輸入和輸出過(guò)程中的各類干擾源，做好排查和應(yīng)對(duì)。

在排除干擾源之后，維護(hù)人員要采取措施提升中波廣播發(fā)射天線的發(fā)射效率，從而進(jìn)一步提升信號(hào)質(zhì)量。提升發(fā)射效率的關(guān)鍵在于優(yōu)化運(yùn)行環(huán)境，中波廣播發(fā)射天線的效率與損耗有關(guān)，損耗包括導(dǎo)線損耗、絕緣損耗和地面損耗，其中導(dǎo)線和絕緣損耗比較小，基本可以忽略不計(jì)。根據(jù)發(fā)射天線的輻射功率與輸入功率的關(guān)系來(lái)看，要提升發(fā)射效率，要注意提升輻射電阻，并減少地電阻。因此，維護(hù)人員一方面要注意減少地面損耗，保證地網(wǎng)敷設(shè)的可靠性；另一方面要提升天饋線匹配度，做好阻抗匹配工作。

2.4 關(guān)注天氣因素，提升安全性能

中波廣播發(fā)射天線位于露天環(huán)境，很容易受到各類外部因素的影響。①天氣因素。中波廣播發(fā)射天線中很多結(jié)構(gòu)和材質(zhì)對(duì)惡劣天氣較為敏感，一旦遭遇雨雪雷電等惡劣天氣，或受到臺(tái)風(fēng)地震等災(zāi)害的影響，可能會(huì)出現(xiàn)塔身傾斜、拉線斷裂等情況，進(jìn)而造成設(shè)備損壞，無(wú)法發(fā)射和接收信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)這類情況時(shí)，維護(hù)人員要立刻采取措施進(jìn)行故障排查和維修，確保中波天線正常運(yùn)行。在中波天線建設(shè)和日常維護(hù)的過(guò)程中，維護(hù)人員也要采取一定的措施進(jìn)行防護(hù)，其中最重要的就是防雷措施。中波天線高度普遍超過(guò)50 m，很容易遭遇雷擊造成設(shè)備損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)、爆炸等事故。防雷措施多種多樣，首先要做好地面防護(hù)，確保接地良好，并借助地網(wǎng)來(lái)引導(dǎo)雷擊電流；其次要做好導(dǎo)線防護(hù)，采用絕緣材料，并做好防腐處理；最后是合理運(yùn)用避雷針等裝置。維護(hù)人員在開(kāi)展定期檢查時(shí)，也要對(duì)防雷措施進(jìn)行檢查，確保防雷性能始終良好。②社會(huì)環(huán)境因素。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動(dòng)的范圍越來(lái)越大，中波廣播發(fā)射天線對(duì)外部環(huán)境比較敏感，如果周邊出現(xiàn)建筑工程或其他大型社會(huì)活動(dòng)，可能會(huì)產(chǎn)生干擾源，對(duì)電磁波產(chǎn)生影響[7]。維護(hù)人員要加強(qiáng)對(duì)外部環(huán)境的關(guān)注，及時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾源并采取合理措施來(lái)確保天線始終處于良好的工作狀態(tài)。

2.5 利用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)的中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)工作主要由人力來(lái)開(kāi)展，需要維護(hù)人員定期進(jìn)行實(shí)地維護(hù)。這種人力維護(hù)模式的缺陷主要在于對(duì)人力的依賴性較強(qiáng)，維護(hù)工作效率也較為低下，每個(gè)維護(hù)人員一個(gè)周期內(nèi)能夠維護(hù)的數(shù)量是有限的。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，當(dāng)前各行各業(yè)紛紛推進(jìn)了信息化、數(shù)字化和智能化的轉(zhuǎn)型，中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)工作也可以引入現(xiàn)代化的技術(shù)手段，構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)分析、智能預(yù)警的維護(hù)工作體系[5]。

要達(dá)成這一目的，廣播電臺(tái)機(jī)構(gòu)需要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等手段，打造中波廣播發(fā)射天線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境、內(nèi)部運(yùn)行等各項(xiàng)參數(shù)的全面監(jiān)測(cè)（如圖1所示）。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大致包含三個(gè)技術(shù)層次：①數(shù)據(jù)采集層。維護(hù)部門在各中波廣播發(fā)射天線的關(guān)鍵位置中布設(shè)傳感設(shè)備，形成一套全面的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，并將所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器后臺(tái)，以供分析使用。②數(shù)據(jù)分析層。傳感器所采集的數(shù)據(jù)需要在這一層進(jìn)行匯總，然后通過(guò)清洗、轉(zhuǎn)換等方式進(jìn)行預(yù)處理，整合為格式統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，然后借助大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)進(jìn)行分析，篩選出其中的異常數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障診斷和定位。③智能決策層。這一層能夠根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果生成智能決策，例如根據(jù)故障類型給出對(duì)應(yīng)的維護(hù)方案，還能夠加入預(yù)測(cè)模塊，評(píng)估故障數(shù)據(jù)特征，實(shí)現(xiàn)故障的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

以桿塔應(yīng)力監(jiān)測(cè)為例，維護(hù)部門可以在拉線上安裝傳感器，以感知應(yīng)力變化，數(shù)據(jù)分析層捕捉到達(dá)到預(yù)設(shè)閾值的應(yīng)力值時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提示維護(hù)部門及時(shí)響應(yīng)，采取有效措施避免過(guò)大的應(yīng)力造成桿塔損壞。

3. 結(jié)束語(yǔ)

中波廣播發(fā)射天線在廣播領(lǐng)域十分重要，是信號(hào)發(fā)射和接收的重要環(huán)節(jié)，明確中波廣播發(fā)射天線的原理，加強(qiáng)天線維護(hù)工作，能夠有效地促進(jìn)我國(guó)廣播事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。隨著融媒體時(shí)代的到來(lái)，各大媒體機(jī)構(gòu)之間的競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈，廣播電臺(tái)媒體要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，就要注重提高自身的服務(wù)效能。中波廣播是廣播節(jié)目傳播的重要形式，深入探究其運(yùn)行原理，借助良好的技術(shù)水平、設(shè)施建設(shè)、參數(shù)調(diào)節(jié)和維修養(yǎng)護(hù)，能夠讓中波天線信號(hào)質(zhì)量不斷提高，從而拓展廣播傳播范圍，提升廣播服務(wù)質(zhì)量，贏得受眾的認(rèn)可和支持。

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作者簡(jiǎn)介：李嬌（1979—），女，河南安陽(yáng)人，工程師，研究方向：廣電工程。