一種新型頂負(fù)荷自立式中波天線的應(yīng)用實(shí)踐

王紅旗

[摘要]新建中波天線時(shí)，在天線高度受到限制的情況下，既要滿足現(xiàn)在播出的需要，又要滿足未來數(shù)字化播出的要求，播出帶寬要達(dá)到40KHZ以上，天線選型是個(gè)難題；通過對(duì)各種類型中波天線技術(shù)參數(shù)特性的分析比對(duì)，選擇建設(shè)76米錐面頂負(fù)荷自立式天線，后經(jīng)實(shí)際播出后的技術(shù)參數(shù)測(cè)量驗(yàn)證，證明該方案是可行的，是一種很好的選擇。

[關(guān)鍵詞]中波天線 寬頻帶 測(cè)量驗(yàn)證 頂負(fù)荷 自立式

引言

近幾年隨著城市的發(fā)展，中波發(fā)射臺(tái)的搬遷已成為常態(tài)。中波發(fā)射臺(tái)搬遷的關(guān)鍵工作在中波天線的選型和布局規(guī)劃，下面將就榆林中波臺(tái)搬遷建設(shè)中天線的選型和應(yīng)用實(shí)踐，以及一些體會(huì)作簡單介紹。

一、天線的技術(shù)要求

榆林中波臺(tái)擔(dān)負(fù)著三套中波廣播節(jié)目的播出任務(wù)，建于上世紀(jì)70年代末，由于老臺(tái)址所在地已成為城市中心區(qū)，所以實(shí)施了搬遷。新址的選擇按照GY5069-2001《中波、短波發(fā)射塔場(chǎng)地選擇標(biāo)準(zhǔn)》及榆林市區(qū)可用地限制條件，在保證原覆蓋區(qū)不變的條件下，最后確定新址在東沙生態(tài)公園的永久綠地內(nèi)。天線的選型受下面的條件約束：

1.高度受限

由于新臺(tái)址與榆林市機(jī)場(chǎng)跑道中心線的垂直距離問題，以及新址地勢(shì)較高，所以天線的高度受限制，只能選擇建100米以下的中波發(fā)射天線。

（1）功能要求

a.雙頻共塔：榆林臺(tái)的規(guī)劃播出頻率有4個(gè)693KHz、855KHz、1143KHz、1359KHz，實(shí)際播出3個(gè)頻率；老臺(tái)址有3座發(fā)射塔，都是單頻單塔播出；新址受土地限制只能建2座發(fā)射塔，所以必須雙頻共塔播出。

b.滿足中波數(shù)字化播出要求：考慮到中波廣播的發(fā)展需求，數(shù)字化是必然趨勢(shì)，所以新天線必須是寬頻帶的，尤其是在700KHz以下的波段，播出帶寬要達(dá)到40KHz以上。

c.天線系統(tǒng)參數(shù)受天氣的影響要盡可能小：新址所在地為沙土地，下雨天和晴天的地導(dǎo)系數(shù)差別大，一年四季的地導(dǎo)系數(shù)也有很大差別，帶來的問題是匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，以及播出質(zhì)量和安全的隱患，所以新天線系統(tǒng)要較好地解決此問題。

二、天線的選型

可供選擇的中波天線有拉線式、自立式、并饋式和頂負(fù)荷式等；由于是新建臺(tái)，需要確保長久高質(zhì)量安全播出的原因，所以天線應(yīng)盡可能的高，76米以下的小天線不作考慮。

1.各型中波天線的簡要技術(shù)特點(diǎn)：

a.拉線式：底部絕緣，高度可以做到1/2-5/8波長之間，通過塔高和塔寬的改變可以使輸入阻抗得到合理值，塔底要鋪設(shè)地網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)二頻、三頻、甚至4頻共塔；缺點(diǎn)是占用土地面積大，維護(hù)周期短，并且難度大等。

b.傳統(tǒng)自立式：底部絕緣，高度可以做到1/2波長，通過改變塔高可滿足200KW以上的大功率播出，塔底要鋪設(shè)地網(wǎng)，也可實(shí)現(xiàn)雙頻、三頻共塔；占地面積小，維護(hù)容易。

c.并饋式：底部接地，防雷效果好，大功率播出容易實(shí)現(xiàn)，塔底要鋪設(shè)地網(wǎng)，另外可在其上安裝FM、TV天線實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用；缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)雙頻共塔難度大、效果不理想，投資大，施工難度大。

d.新型錐面頂負(fù)荷天線：是咸陽廣通電子科技有限公司近年來開發(fā)的新型天線，是專利產(chǎn)品；是傳統(tǒng)自立式天線和并饋式天線的改進(jìn)型，頂部加錐型頂負(fù)荷體，塔體中間接地；其突出的技術(shù)特點(diǎn)是頻帶寬，防雷效果好，76米就可實(shí)現(xiàn)200K W的大功率播出，雙頻共塔實(shí)現(xiàn)容易、效果好。

鑒于以上情況，我們?cè)谶x擇榆林臺(tái)發(fā)射天線時(shí)將76米（或100米）傳統(tǒng)自立式和76米新型錐面頂負(fù)荷自立式天線作為備選方案，并對(duì)它們的參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.傳統(tǒng)76米自立式和錐面頂負(fù)荷76米自立式天線的阻抗對(duì)比

錐面頂負(fù)荷76米自立式天線阻抗值由咸陽廣通電子科技有限公司提供，76米自立塔阻抗值由實(shí)際測(cè)量獲得，阻抗對(duì)比值及變化曲線見下表1和圖1：

3.傳統(tǒng)120米自立式和76米錐面頂負(fù)荷自立式天線的阻抗對(duì)比

120米自立塔阻抗值由實(shí)際測(cè)量獲得，錐面頂負(fù)荷76米自立式天線阻抗值由廠家提供，具體阻抗對(duì)比值及變化曲線見下表2和圖2：

從上面的兩組天線阻抗數(shù)據(jù)及圖形對(duì)比可以看出，在中波全頻段530KHz 1602KHz范圍內(nèi)，76米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線阻抗特性和帶寬明顯優(yōu)于76米自立式中波天線；與120米自立式中波天線相比其阻抗變化范圍小，也有一定優(yōu)勢(shì)；可確保在任何一個(gè)頻點(diǎn)上面都能很好的實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；在駐波比≤1.25時(shí)，帶寬達(dá)到40khz以上。

4.新型76米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線（結(jié)構(gòu)示意圖見圖3）的原理簡析

（1）利用錐面緩變?cè)?，降低終端反射和諧振頻率，天線的長度雖然變小，但也不影響天線的效率。

（2）利用天線長細(xì)比原理，降低阻抗的變化率，提升天線帶寬。根據(jù)天線的長細(xì)比原理，振子天線的輸入阻抗隨電長度而變化的劇烈程度主要取決于天線的特性阻抗。特性阻抗越大，輸入阻抗隨電長度的變化就越激烈，天線的阻抗帶寬就越窄；反之，特性阻抗越小，天線的阻抗帶寬就越寬。振子天線的特性阻抗主要取決于長細(xì)比，即Ω=2（2L/a），其中L是天線振子臂的長度，a是天線臂的半徑。Ω越大，天線的特性阻抗就越大，因此，在同樣長度條件下，粗振子天線具有較寬的工作帶寬。粗振子有較低的特性阻抗，而不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式可以起到類似電路中的參差調(diào)諧的作用，從而有效地展寬阻抗帶寬。

（3）利用串、并聯(lián)加載技術(shù)調(diào)整天線輸入阻抗，提升天線發(fā)射效率。在錐面頂負(fù)荷天線的中部某點(diǎn)處加入一定數(shù)值的電感就構(gòu)成了電感加載，該電感可以抵消該點(diǎn)以上線段對(duì)該點(diǎn)所呈現(xiàn)的容抗的一部分，從而增大加感以下天線部分的電流。顯然它對(duì)加感以上部分以上的電流分布不起作用。加感線圈放置在天線的中部可獲得最大的效率增益。

（4）利用并饋技術(shù)改善天線與網(wǎng)絡(luò)、饋線的匹配難度。除在錐面頂負(fù)荷天線底部并饋外，也可在天線頂端饋電，饋電點(diǎn)在錐面頂和垂直接地線的頂端之間，垂直線的接地端是電流波腹點(diǎn)。這種饋入方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)天線的集合高度低于入/4時(shí)，垂直線段上的電流分布比較均勻，有效高度接近幾何高度，在天線輸入端為一感抗（垂直接地線）和一容抗（傘頂）相并聯(lián)，如選擇適當(dāng)，可很好地與饋線匹配。endprint

（5）利用雙錐天線理論，提高輻射電阻，提高了小天線的帶寬。對(duì)于無限長的雙錐天線，由于只有TEM波傳輸，而且沒有反射，因而其輸入阻抗即為雙錐天線的特性阻抗，即

Zin=zc=120 ctg（00/2）

上式適用于對(duì)稱雙錐天線。置于理想導(dǎo)電面上的直立單圓錐天線的輸入阻抗是對(duì)稱雙錐天線的一半，即

Zin=zc=60 ctg（00/2）如下圖4

雙錐天線的輸入阻抗和圓柱偶極子天線相類似，隨電長度的變化十分劇烈，因而小錐角雙錐天線不具有寬頻帶特性。如果錐角夠大，圓錐天線的輸入阻抗和輸入電抗隨koh的變化都十分平緩，尤其是在200接近90°時(shí)，這種天線的輸入電抗在koh>n/2以后幾乎為零，其輸入阻抗接近50Q，因而這種天線具有很寬的阻抗帶寬。

因?yàn)樯厦嫠鲈颍?6米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線與現(xiàn)有傳統(tǒng)中波發(fā)射天線相比，能提高天線的輻射電阻，降低電抗分量，拓展天線帶寬到40KHz，使天線的輻射效率提高，完全可以滿足中波數(shù)字廣播的播出要求。

綜合分析以上各種情況后，我們選擇建設(shè)新型76米錐面頂負(fù)荷自立式天線，這樣既能滿足現(xiàn)在播出的需要，又能為以后數(shù)字播出的需要，以及可能的功率提升的需要做好準(zhǔn)備。

三、天線的建設(shè)實(shí)施及效果

1.天饋線系統(tǒng)建設(shè)時(shí)采取的相應(yīng)措施

由于榆林臺(tái)新址是沙土地，電導(dǎo)率低，為了降低地?fù)p耗，降低氣候變化對(duì)天線電參數(shù)的影響，地網(wǎng)敷設(shè)時(shí)，除了嚴(yán)格按照《廣播電視工程建設(shè)規(guī)范》第3.1.3條規(guī)定實(shí)施外，我們還采取了以下措施：

（1）為了提高土壤導(dǎo)電率，在天線場(chǎng)區(qū)覆蓋了50CM厚的黃土。

（2）地網(wǎng)埋設(shè)深度30CM，用f 3.0的硬銅線，輔設(shè)120根。

（）3由于地網(wǎng)線的長度不到工作頻率的二分之一波長，所以在終端打入3.5米接地棒，并與地網(wǎng)焊接起來。

2.工程效果

（1）建成后的76米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線的實(shí)景見下圖5：

（2）建成后我們進(jìn)行了天線參數(shù)的實(shí)際測(cè)量，與廠方提供參數(shù)基本一致；天線具有寬頻帶特性，在中波全頻段，帶寬可達(dá)40KHz以上；天線阻抗變化率??；匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和調(diào)試相對(duì)比較容易，在任何一個(gè)頻點(diǎn)都能很好實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)匹配，尤其在低頻點(diǎn)及雙頻率共塔時(shí)，更顯優(yōu)勢(shì)。

（3）天線投入使用已經(jīng)一年多，期間我們進(jìn)行了4次的參數(shù)測(cè)試和2次覆蓋區(qū)內(nèi)的實(shí)際覆蓋場(chǎng)強(qiáng)收測(cè)；發(fā)現(xiàn)天線的阻抗數(shù)值變化比較小，匹配網(wǎng)絡(luò)沒有再調(diào)整，播出也一直很穩(wěn)定；信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)定，優(yōu)于原有76米拉線塔的播出效果；完全達(dá)到了初建時(shí)的設(shè)計(jì)要求。

四、結(jié)束語

通過76米錐面頂負(fù)荷自立式天線在榆林廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐，實(shí)際驗(yàn)證了它的技術(shù)特點(diǎn)：一是采用錐面頂負(fù)荷技術(shù)，提高了天線輸入阻抗；二是利用天線長細(xì)比原理，降低了阻抗變化率，提升了天線帶寬；三是采用加錐頂和并饋接地技術(shù)，天線輸入阻抗合理，對(duì)于不同頻率不會(huì)產(chǎn)生大電流和高電壓，安全可靠?？傊?，76米錐面頂負(fù)荷自立式天線是新建中波天線時(shí)較好的選擇。endprint