淺談垂直振子單桅桿中波天線與并饋式自立中波天線的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

孫 勇（廣西廣播電視技術(shù)中心柳州分中心）

?

淺談垂直振子單桅桿中波天線與并饋式自立中波天線的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

孫 勇
（廣西廣播電視技術(shù)中心柳州分中心）

［摘 要］主要介紹并饋式自立中波天線的技術(shù)原理及實(shí)際應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］并饋式；自立鐵塔；中波天線

1　引言

中波廣播作為一種傳統(tǒng)媒體,以其投資少、接收方式簡(jiǎn)單,在科技高速發(fā)展的今天仍然是適合國(guó)情的廣播覆蓋的主要手段，據(jù)了解即使目前在英、美、法等發(fā)達(dá)國(guó)家也保留著相當(dāng)數(shù)量的中波廣播臺(tái)站，可見中波廣播的重要性與普遍性。

我國(guó)的中波發(fā)射臺(tái)站大規(guī)模建設(shè)的時(shí)間為二十世紀(jì)五十年代末到七十年代初。廣西柳州二三八臺(tái)籌建于1975年6月，設(shè)計(jì)裝機(jī)50kW水冷式電子管中波發(fā)射機(jī)四臺(tái)套，轉(zhuǎn)播中央人民廣播電臺(tái)節(jié)目?jī)商准皬V西人民廣播電臺(tái)節(jié)目?jī)商住Ｅ_(tái)區(qū)坐落在柳州市北郊白露鄉(xiāng)小村的一片無(wú)人耕種的畬地，占地約50畝（由于歷史原因建臺(tái)時(shí)沒有把天線場(chǎng)地也征下來(lái)），該地塊以粘性土為主，土質(zhì)均勻，土體結(jié)構(gòu)密實(shí)濕潤(rùn)，導(dǎo)電性能良好，符合中波發(fā)射臺(tái)技術(shù)要求。臺(tái)區(qū)規(guī)劃及土建工程設(shè)計(jì)均由柳州鋼鐵廠（現(xiàn)柳州鋼鐵集團(tuán)股份有限公司）設(shè)計(jì)科負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，由廣西冶建工程公司負(fù)責(zé)建設(shè)，1977年8月正式破土動(dòng)工，1979年底工程完工，由于種種原因只安裝調(diào)試了兩臺(tái)由陜西762廠生產(chǎn)的50kW板調(diào)式電子管中波發(fā)射機(jī)，配套的天線為150 M的垂直振子單桅拉線塔兩副，屬傳統(tǒng)的鐵塔+地網(wǎng)的天線系統(tǒng)。近年來(lái)，由于社會(huì)的發(fā)展，交通設(shè)施和市政設(shè)施的建設(shè)對(duì)無(wú)線發(fā)射臺(tái)站的影響在逐年增加。2012年作為國(guó)家重點(diǎn)工程湘桂鐵路擴(kuò)容項(xiàng)目建設(shè)須拆遷柳州二三八臺(tái)的639kHz發(fā)射塔。根據(jù)國(guó)家廣播電視設(shè)施保護(hù)條例規(guī)定，廣播電視設(shè)施搬遷須遵循先建后拆原則，但由于工期緊任務(wù)重，經(jīng)協(xié)商和報(bào)請(qǐng)上級(jí)主管部門同意，我們采取技術(shù)手段把該塔的頻率與另一座792kHz發(fā)射塔實(shí)行雙頻共塔播出。同時(shí)，在臺(tái)區(qū)的東南面新增的天線場(chǎng)地內(nèi)將建設(shè)一座并饋式中波發(fā)射鐵塔代替639kHz頻率播出。

2　垂直振子單桅桿天線的特點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)垂直振子單桅桿天線鐵塔（也稱底部絕緣拉線鐵塔）的高度從六、七十米到一百六七十米不等, 為抗風(fēng)、抗震及塔體自身安全，須采用斜拉線來(lái)加固。柳州二三八臺(tái)的兩副垂直振子單桅桿天線鐵塔高度為150M，分五段朝三個(gè)方向拉線加固，經(jīng)饋線、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)與鐵塔底部相連，地網(wǎng)是以鐵塔底部為圓心，深度約0.3M——0.5M左右的土壤中呈輻射狀半徑與鐵塔高度相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)敷設(shè)銅網(wǎng)，單塔地網(wǎng)的占地面積約一百畝，中波天線的地網(wǎng)是垂直振子單桅桿天線系統(tǒng)中不可缺少的一部分，天線的輻射是以地網(wǎng)和大地作為中波天線輻射電流的回路，地網(wǎng)的好壞關(guān)系到天線實(shí)有增益的大小和天線效率的高低。要提高天線的實(shí)有增益就應(yīng)減少大地?fù)p耗，地網(wǎng)就是為了減少大地?fù)p耗而敷設(shè)的。地網(wǎng)的敷設(shè)是以中波發(fā)射天線（塔基中心）為圓心、有效工作頻率0.3～0.5入的半徑圓面積內(nèi)放射狀地向外均勻敷設(shè)120根￠3mm銅線（每3°一根），埋深30～50cm。地網(wǎng)內(nèi)環(huán)以中波發(fā)射天線（鐵塔基座為中心）直徑5m雙線圓環(huán)、地網(wǎng)外環(huán)也為雙線圓環(huán)，內(nèi)環(huán)向始端每10根銅線擰成一束共12束，與鐵塔底部基礎(chǔ)屏蔽銅皮回流條（在屏蔽銅皮均勻焊上10圈回流條）焊接好，并且內(nèi)環(huán)、外環(huán)圓周上每根銅線都連接焊好（氧氣銅焊）。

垂直振子單桅桿天線鐵塔雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)較低，但由于拉線塔三方拉繩的占地面積太大，征地成本高，往往因場(chǎng)地限制不好布置也不容易達(dá)到理想的發(fā)射效果，在低頻率大功率時(shí)，由于拉線塔較高，使得底部壓力很大，底部絕緣子目前國(guó)內(nèi)還沒能力生產(chǎn)，靠進(jìn)口費(fèi)用較高。而并饋式中波自立天線能克服以上弱點(diǎn)。

3　并饋式中波發(fā)射天線（SFA）的特點(diǎn)

并饋式自立鐵塔中波天線（SFA）在法國(guó)、美國(guó)、馬其頓及中東一些國(guó)家應(yīng)用比較廣泛，與拉線塔相比優(yōu)勢(shì)較多，首先取消了絕緣底座和絕緣拉繩，大大節(jié)省了占地面積，總體投資降低。第二，鐵塔采取直流接地，有利于發(fā)射系統(tǒng)的防雷。第三，可以承受1000kW以上的大功率且可多頻共塔。第四，可綜合利用，可安裝FM、TV天線和微波天線而不影響機(jī)器的正常工作。第五，由于沒有拉線，對(duì)周邊環(huán)境及土地影響較小。若按常規(guī)要求如果發(fā)射場(chǎng)地不足，采用拉線式發(fā)射塔，斜拉線勢(shì)必延伸到天線場(chǎng)地以外，給天線的保護(hù)與環(huán)境帶來(lái)諸多不便。采用自立式發(fā)射天線可解決以上問(wèn)題，并可達(dá)到正規(guī)發(fā)射場(chǎng)地設(shè)計(jì)要求。并饋式自立鐵塔中波天線在鐵塔的中部設(shè)有一個(gè)平臺(tái)，信號(hào)主饋線經(jīng)調(diào)配箱連接到由導(dǎo)線構(gòu)成的圓盤，圓盤和平臺(tái)通過(guò)多根導(dǎo)線連接。根據(jù)實(shí)際需要可設(shè)置N個(gè)維護(hù)平臺(tái)，便于為發(fā)射臺(tái)信號(hào)傳輸計(jì)劃安裝微波天線、調(diào)頻天線等。與其他中波天線一樣，鐵塔下面也須敷設(shè)地網(wǎng)。地網(wǎng)分內(nèi)環(huán)、外環(huán)兩部分，地網(wǎng)線以發(fā)射鐵塔天線（塔基中心）為圓心，70米為半徑的圓內(nèi)射狀地向外均勻敷設(shè)120根（每隔3°一根）Φ3mm銅線，深30-50cm，每根銅錢與鐵塔底部基礎(chǔ)屏蔽銅皮連接，用氧氣銅焊焊接好。地網(wǎng)內(nèi)環(huán)：以發(fā)射鐵塔天線（塔基中心）為圓心，用Φ4-6mm銅線圓環(huán)或Φ3mm雙銅線圓環(huán)連接，在地網(wǎng)輻射中1/2半徑上與每根銅線都用氧氣銅焊焊接好。地網(wǎng)外環(huán)：用Φ4-6mm銅線圓環(huán)或Φ3mm雙銅線圓環(huán)連接，在外環(huán)圓周上與每根銅線都用氧氣銅焊焊好。地網(wǎng)敷設(shè)完成后須測(cè)量接地電阻，地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)小于2Ω。

4　并饋式自立鐵塔中波天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求

（1）所有阻塞網(wǎng)絡(luò)中的電感，要求用紫銅制造，銅管直徑φ≥15mm（銅條截面周長(zhǎng)L≥47mm）；

（2）具有良好的防雷性能：

①在天線底部接有微亨級(jí)雷電泄放電感；

②在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)串臂上裝有隔直電容；

③安裝石墨放電柱，且在石墨放電柱接地銅管上套數(shù)十只磁環(huán)；

（3）具有良好的熱穩(wěn)定性：開機(jī)半小時(shí)內(nèi)發(fā)射機(jī)反射功率無(wú)增大現(xiàn)象，關(guān)機(jī)后立即檢查網(wǎng)絡(luò)元件和網(wǎng)絡(luò)架，無(wú)明顯發(fā)熱現(xiàn)象。

（4）高頻回饋抑制能力強(qiáng)：當(dāng)2部50kW發(fā)射機(jī)全部滿功率開機(jī)（載波）時(shí)，每部發(fā)射機(jī)的P反≤50W。

（5）共塔阻塞效果好：本機(jī)不開，旋開輸入電纜頭，分別開共塔的另一部機(jī)，在電纜頭始端測(cè)他機(jī)射頻電壓，要求其VP-P≤20伏。

（6）網(wǎng)絡(luò)接天線后對(duì)邊帶（fo±10）kHz的測(cè)試要求：雙頻分饋共塔邊帶駐波比S≤1.5。

（7）天調(diào)網(wǎng)絡(luò)輸入口要求：50KW的為φ80電纜座。（8）調(diào)配網(wǎng)絡(luò)輸入端工作載頻阻抗50歐姆。

（9）功率容量：50kW+50kW等級(jí)，120%調(diào)幅，滿功率播出，保證正常工作。

（10）VSWR：調(diào)配后，工作載頻處≤1.10；頻帶寬度：工作載頻±10kHz≤1.5。

（11）調(diào)配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮臺(tái)區(qū)內(nèi)其它工作頻率的高頻倒送串?dāng)_影響，應(yīng)具有完善的抑制措施。

并饋式自立鐵塔中波天線（SFA）的不足之處是雙頻共塔時(shí)，主頻率的λ1/4能達(dá)到最佳的發(fā)射效果，附屬頻率的效果次之。再有就是鐵塔的造價(jià)較高，施工難度大。

5　結(jié)束語(yǔ)

目前，在廣西區(qū)內(nèi)安裝了并饋式自立鐵塔中波天線的臺(tái)站并不多，2012年玉林的241臺(tái)新建了一座、柳州的238臺(tái)正在建設(shè)，從玉林241臺(tái)使用效果來(lái)看是成功的，達(dá)到了主頻率的最佳發(fā)射效果，又美化了發(fā)射臺(tái)站的環(huán)境，還可以在天線的平臺(tái)上架設(shè)微波天線作為發(fā)射臺(tái)站的接收信號(hào)作為信號(hào)源使用，對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)達(dá)不到的臺(tái)站還可以用作寬帶網(wǎng)絡(luò)的微波傳輸通道使用。相信隨著柳州238臺(tái)新鐵塔的建成投入使用，SFA會(huì)因其優(yōu)勢(shì)而得到良好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

1、《并饋式自立鐵塔中波天線》何紅宇、陳燕武、周衛(wèi)華等編著 《廣播與電視技術(shù)》2004年第5期

2、《淺議并饋式自立中波天線原理及應(yīng)用技術(shù)》李占松 《科技傳播》2009年01期