中波自立塔低頻端調(diào)整技巧

□趙文武

中波臺搬遷成為當(dāng)前城市建設(shè)一個不可回避的問題，全固態(tài)機的全面普及使得采用傳統(tǒng)的平衡拉線垂直塔式天線被自立式并饋塔式天線取代成為一種趨勢。自立塔占地面積小，外形美觀，尤其是并饋接地型的自立塔，其塔體底部直接接地，能起到有效的防雷作用，減少天線場區(qū)內(nèi)設(shè)備遭受雷擊損失的概率。

自立塔按饋電方式分為串饋絕緣自立塔與并饋接地自立塔兩種，按幾何形狀又分為三面、四面、多面自立塔。底部絕緣的自立塔主要應(yīng)用在中功率以下發(fā)射，因為塔基底部的絕緣柱要兼顧承受塔身自重和高壓絕緣，因此對于大功率及低頻段的中波發(fā)射多采用底部接地型自立塔。這種天線塔基底部直接與地電氣連接，對于雷電低頻能量起到有效泄放作用，高頻饋電采用并饋的傳輸方式。通過分布塔身周邊的導(dǎo)線將高頻信號饋入短路平臺。對于中波低頻率段，必須合理調(diào)整平臺高度的位置，獲得合適的底部阻抗特性。結(jié)合匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計來滿足發(fā)射指標(biāo)，以達(dá)到邊帶駐波比指標(biāo)要求，在架設(shè)與調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)時存在一些技巧。

自立塔結(jié)構(gòu)與工作原理

自立塔體外形結(jié)構(gòu)與高壓電力輸送網(wǎng)支撐塔十分相似，以540KHZ 接地型自立塔為例，可以了解其結(jié)構(gòu)特點和工作原理。

該頻率工作在中波段的低端下限，其四分之一波長就達(dá)到138 米，要滿足天線最小長度要求，塔體高度需達(dá)到138 米。架設(shè)這樣高度的天線難度大，且抗風(fēng)等機械強度無法達(dá)到要求，因此必須綜合考慮天線輻射效率、發(fā)射指標(biāo)、駐波比要求。這里采用塔高度為120 米，平臺以下可看作兩部分構(gòu)成，一部分是由12 根銅包鋼導(dǎo)線環(huán)繞塔體四邊，匯聚于塔底的一個饋電圓盤，與調(diào)配網(wǎng)絡(luò)輸出連接，此部分等效天線輻射體。另一部分是自立塔自身的塔體，在電氣上直接接地。其作用既是自立塔的一部分，在有限高度內(nèi)其高頻特性又等效于一個接地的電感jx。平臺下端的12 根導(dǎo)線分布在塔體的四邊，然后通過絕緣拉線固定在塔基底座附近且匯聚于塔底的一個匯接饋電圓盤。這樣，高頻饋送路徑為：調(diào)配網(wǎng)絡(luò)→匯接圓盤→導(dǎo)線→平臺→平臺上部。

根據(jù)傳輸線理論，平臺以下接地端實際等效阻抗為Zin，其計算式為：Zin=jx=jZOtgah。其中Zin 為平臺到接地端的輸入等效阻抗，a=2π/λ 為相移常數(shù)，h 為平臺下部接地塔體高度，ZO可看作是導(dǎo)線的特性阻抗。實際應(yīng)用在540KHZ 頻率時，當(dāng)h 高度小于1/4λ，無法滿足1/4λ 要求，因此平臺饋入點處對地等效并聯(lián)一個很大的電抗負(fù)載jx。Zin 可理解為隨長度變化的一個并聯(lián)電抗jx 一端接地時的輸入等效阻抗，當(dāng)h 高度為1/4λ 時，其阻抗趨于無窮大。

這里采用四邊形塔體，每邊用3根導(dǎo)線，共計12 根成環(huán)狀接入平臺，高頻饋電點仍然在塔底部調(diào)配窗口。這12 根導(dǎo)線其實與平臺的上部塔體構(gòu)成高度為H的發(fā)射體。

調(diào)整短路平臺位置

對于中波低端下限頻率，天線總高度有限的情況下，通過調(diào)整平臺的高度可以改變天線底部阻抗特性，優(yōu)化調(diào)配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計來影響邊帶反射及帶外抑制能力。簡化調(diào)配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，選擇合適的高度，有利于整體改善調(diào)配網(wǎng)絡(luò)特性，提高天線輻射效率。

前述所知，平臺高度既是h 長度值，h 長度直接反映天線并聯(lián)的電抗jx值，當(dāng)高度提高時，可看作是一個變長終接短路線，天線在底部饋電點的等效阻抗變化隨著高度的增加而變化。120米自立接地塔實測阻抗值等效阻抗如圖。

在接地塔的頻率低端，其等效阻抗虛部值變化劇烈。對于全固態(tài)發(fā)射機來說，要滿足邊帶反射要求，必須在平臺接入高度與調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方面進(jìn)行取舍。根據(jù)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要求，平臺高度h 設(shè)置在100.19 米。

通過ADS2012 軟件仿真，采用兩級低通匹配網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到邊帶駐波比指標(biāo)要求。當(dāng)h 高度小于1/4λ 時，隨著h的變化，導(dǎo)線底部的饋電點等效阻抗既天線等效阻抗相當(dāng)于并聯(lián)一個純電抗jX；平臺高度在小于0.25λ 時，隨著高度增加，ZO的實部R 增大，X 減小，在540KHZ 平臺高度100.19 米時，實測塔體底部饋電等效阻抗值為Zo=74-j72Ω。因此在調(diào)整低端調(diào)配網(wǎng)絡(luò)時，為滿足邊帶反射小，±7KHZ 駐波比小于1.25的技術(shù)指標(biāo)的要求，采用二階低通濾波器兼阻抗變換的寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配，有效抑制邊帶反射及旁頻干擾，確保發(fā)射機工作狀態(tài)穩(wěn)定。

地網(wǎng)的鋪設(shè)

為減少地?fù)p失，應(yīng)盡量降低地電阻，提高天線發(fā)射的效率，因此可以通過鋪設(shè)良好的地網(wǎng)來降低地阻損耗。地網(wǎng)由每3 度夾角一根3.0mm的銅線，共120 根，長度120 米的銅線在距離地面20cm-70cm的深度成輻射狀鋪設(shè)，在距離天線塔底20 米處橫向連接同心圓。場區(qū)為耕地軟土質(zhì)，鋪設(shè)深度選擇50CM，可以更有效保護(hù)地網(wǎng)。

總結(jié)

中波自立接地塔占地面積小，使用技術(shù)條件成熟，其網(wǎng)絡(luò)匹配的選用也與拉線垂直塔類似，對于中波的低端頻率、饋電平臺高度選擇合適。通過設(shè)計多階低通結(jié)構(gòu)的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，配合調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的濾波特性，能獲得良好的帶寬和匹配效果，滿足邊帶駐波比要求，提高帶外抑制能力，防止多頻干擾，獲得比較好的技術(shù)指標(biāo)。自立接地塔良好的接地有利于全固態(tài)發(fā)射機的防雷泄放。在兼顧天線的發(fā)射效率及邊帶反射指標(biāo)的同時，改善地網(wǎng)的接地電阻，可以使發(fā)射機獲得穩(wěn)定的負(fù)載特性。

①李孝勖等：《廣播電視技術(shù)手第7 分冊-天線》。北京：國防工業(yè)出版社，1995.8。

②張丕灶等：《全固態(tài)PDM 中波廣播發(fā)送系統(tǒng)原理與維修》，北京：中國廣播電視出版社，1999.11。

③馮新宇等：《射頻電路設(shè)計與仿真》，北京：電子工業(yè)出版社，2014.1。