中波小天線現(xiàn)狀及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一臺(tái)，長(zhǎng)春 130119）

中波小天線現(xiàn)狀及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一臺(tái)，長(zhǎng)春 130119）

傳統(tǒng)的中波天線占地面積龐大，中波天線的小型化一直是國(guó)內(nèi)外廣播業(yè)者的夙愿。通過(guò)對(duì)影響天線性能的因素分析，發(fā)現(xiàn)影響輸入電阻Rin的主要因素有五個(gè)：高度、等效直徑、形狀（含加頂）、地效應(yīng)（地參數(shù)、地網(wǎng)）、工作頻率（波長(zhǎng)）。

小天線；高度；等效直徑；形狀（含加頂）；地效應(yīng)（地參數(shù)、地網(wǎng)）；工作頻率（波長(zhǎng)）

傳統(tǒng)的中波天線占地面積龐大，尤其是地網(wǎng)占地面積需要幾十畝甚至兩三百畝。由于銅制地網(wǎng)需要埋在地下，會(huì)因降水和植被變化影響天線參數(shù)的穩(wěn)定性，而且地網(wǎng)的維修和更換也十分麻煩。所以，中波天線的小型化一直是國(guó)內(nèi)外廣播業(yè)者的夙愿。

十幾年前埃及學(xué)者試驗(yàn)研制了所謂交叉場(chǎng)中波小天線（CFA），我國(guó)有些公司和電臺(tái)曾聯(lián)合引進(jìn)并進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果并不成功。十余年來(lái)，國(guó)內(nèi)多家單位陸續(xù)研發(fā)了七八種中波小天線，經(jīng)過(guò)篩選淘汰現(xiàn)在還剩下三種仍在接受實(shí)踐的考驗(yàn)，它們是曲線式、套筒式和雙錐型三款小天線。它們的共同點(diǎn)是天線高度都降到十分之一波長(zhǎng)以下，并且都有一個(gè)大約10m直徑的錐形頂；不同點(diǎn)是輻射體的結(jié)構(gòu)、形狀和等效直徑及接地系統(tǒng)不同。它們基本上可以實(shí)現(xiàn)50kW以下功率等級(jí)上的發(fā)射工作，但其輻射效率和穩(wěn)定性會(huì)有所不同。下面簡(jiǎn)單分析一下影響天線性能的一些因素。

從使用者的角度，大家最關(guān)心的是天線的效率，而輸入電阻是決定中波天線輻射效率的關(guān)鍵參數(shù)。影響輸入電阻Rin的主要因素有五個(gè)：高度、等效直徑、形狀（含加頂）、地效應(yīng)（地參數(shù)、地網(wǎng)）、工作頻率（波長(zhǎng)），前4項(xiàng)都與第5項(xiàng)“頻率”密切相關(guān)。而中波小天線與傳統(tǒng)天線一樣，公認(rèn)的難點(diǎn)在于低頻端。

（1）高度

對(duì)中波小天線心存疑慮的業(yè)內(nèi)人士其主要依據(jù)是小天線的高度太低，只相當(dāng)于經(jīng)典天線理論中“高度h小于λ/8的垂直短振子，而若h=λ/8，輸入電阻Rin僅為6Ω，發(fā)射效率不高”（摘自《廣播電視技術(shù)手冊(cè)》1分冊(cè) 天線）。中波小天線的高度只有波長(zhǎng)的十幾分之一，輸入電阻只會(huì)更低，那就無(wú)效率可言，不能不懷疑其使用價(jià)值。

在傳統(tǒng)天線的實(shí)際運(yùn)用中，情況也的確如此。以中波發(fā)射臺(tái)應(yīng)用最普遍的高76m、邊寬500mm的拉線塔為例，如果使用在低頻端，比如：頻率540kHz的輸入電阻只有7.5Ω，必須要加頂負(fù)荷以提高其有效高度，將輸入電阻增加到11Ω才能使用。

一般認(rèn)為，小天線用于中波頻率的高端還湊合，若在540kHz這樣的低端頻率，高度不過(guò)40m，大約只有76m傳統(tǒng)天線的一半，僅從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，對(duì)小天線持懷疑態(tài)度不是沒(méi)有根據(jù)的。

（2）等效直徑

當(dāng)天線的直徑遠(yuǎn)小于其高度且與波長(zhǎng)相比可以忽略的時(shí)候，則被當(dāng)做“線天線”，可用線天線的理論來(lái)計(jì)算和處理。當(dāng)天線塔體等效直徑不能忽略時(shí)，直徑越小，輸入阻抗越大。從傳統(tǒng)中波天線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，實(shí)際天線輻射體等效直徑的影響是不能被忽略的。比如，底邊寬6.13m、高76m的自立塔（平均等效直徑約2.7m），在540kHz的輸入電阻只有5Ω，它小于邊寬500mm（等效直徑約430mm）的76m拉線塔540kHz的輸入電阻7.5Ω。等效直徑即輻射體粗細(xì)的影響對(duì)于小天線來(lái)說(shuō)也是相同的。

（3）小天線的形狀

從以上的實(shí)例和數(shù)據(jù)來(lái)看，經(jīng)典天線理論應(yīng)用于傳統(tǒng)中波天線是很準(zhǔn)確的。但對(duì)于中波小天線，因其形狀各異，都不能當(dāng)作鞭狀天線而套用“線天線”理論來(lái)描述和計(jì)算。

比如，前述的三種中波小天線都由一個(gè)大約10m直徑、90°錐角的錐形頂，不同等效直徑的輻射體以及結(jié)構(gòu)不同的接地系統(tǒng)構(gòu)成。顯然由形狀、結(jié)構(gòu)決定的邊界條件與鞭狀天線是不同的，但是作為輻射體的鞭桿部直徑大小對(duì)輸入電阻的影響趨勢(shì)卻是相同的—— 直徑越大，輸入電阻越小。圖1、圖2及表1是一組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

從圖2可看出雙錐型小天線結(jié)構(gòu)的顯著區(qū)別，它的塔體底部是鋼結(jié)構(gòu)的帶裙四棱下錐體，錐角與上錐一樣是90°。下錐和裙部敷設(shè)有反射金屬網(wǎng)，這就取消了埋地地網(wǎng)。天調(diào)室置于下錐體內(nèi)部，下錐體與鋼筋混凝土基礎(chǔ)及接地系統(tǒng)相連。這種結(jié)構(gòu)的好處是：調(diào)配網(wǎng)絡(luò)與塔體間的相互影響可做到最小；90°錐角反射面不但避免了埋地地網(wǎng)的不穩(wěn)定因素，還可提高天線的輻射效率，直接結(jié)果是輸入電阻顯著較大。另外，這種開(kāi)放式自諧振輻射器的加感線圈的位置處于鞭桿與下錐體之間，電磁波離開(kāi)天線就是輻射場(chǎng)，對(duì)近周的干擾很小。它也是惟一可架設(shè)到樓頂而不干擾樓內(nèi)設(shè)施正常工作的小天線。

圖1 中波小天線外形圖例

圖2 中波小天線圖例

從表1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：對(duì)于傳統(tǒng)天線，由于自立塔等效直徑大于拉線塔，所以相同高度的自立塔的輸入電阻小于拉線塔；76m拉線塔必須增加頂負(fù)荷才能用于低端頻率；對(duì)于中波小天線，由于其結(jié)構(gòu)和輻射體等效直徑不同，在相同高度的條件下，輸入電阻——曲線式最小，套筒式居中，雙錐型最大（大于76m加頂拉線塔）。

（4）關(guān)于地效應(yīng)

沿地面?zhèn)鞑サ牡夭ㄊ侵胁ê烷L(zhǎng)波頻段的主要傳播方式。地面的電氣特性，特別是地導(dǎo)系數(shù)σ對(duì)地波傳播的影響很大，這可簡(jiǎn)稱作地效應(yīng)。頻率越低，地效應(yīng)影響越大。在中波段的低端，比如常用的540kHz比起中高段1000kHz以上的頻率受地效應(yīng)的影響大得多。地效應(yīng)不僅從傳播角度影響場(chǎng)強(qiáng)和覆蓋面積，還直接影響天線本身的電參數(shù)和發(fā)射效率。所以，廣播發(fā)射臺(tái)場(chǎng)地選擇標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：中波發(fā)射臺(tái)場(chǎng)地應(yīng)選在土壤濕潤(rùn)、地導(dǎo)系數(shù)較大的地區(qū)。

在我國(guó)的內(nèi)蒙古西部和新疆的大部地區(qū)屬于σ≤0.1ms/m的很干燥地面，地導(dǎo)系數(shù)比東北、東部和東南部地區(qū)低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在這里架設(shè)低頻端的中波小天線必須采取必要的針對(duì)性措施改善地效應(yīng),才能保證滿意的發(fā)射效果。

[1] 廣播電視技術(shù)手冊(cè)（1分冊(cè)）

Analysis on Present Situation and Property of Middle-Wave Small Antenna

Li Bo, Ren Ling

(The 661th Station Jilin province, Changchun, 130119)

Traditional middle-wave antenna occupied huge area, it is long cherished wish to miniaturize the traditional middle-wave antenna for domestic and international broadcasters. Through the analysis on some facts that effect property of the antenna, there are 5 factors that affect input electrical resistance Rin: Height; equivalent diameter; shape(including top); ground effects (ground parameter, ground net) ; work frequency (wave length).

small antenna; height; equivalent diameter; shape(including top); ground effects(ground parameter, ground net); work frequency(wave length )

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.07.013

TN822+.2文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

1672-7274（2015）07-0053-03