新建發(fā)射臺(tái)天線選型分析

王雅楠 李 林

天津廣播電視發(fā)展有限公司

新建發(fā)射臺(tái)天線選型分析

王雅楠 李 林

天津廣播電視發(fā)展有限公司

本文簡(jiǎn)述了中波發(fā)射天線的種類和特點(diǎn)，針對(duì)我臺(tái)地理位置及及具體情況對(duì)新建臺(tái)天線選型和布局進(jìn)行了論述。

天線；并饋式；地網(wǎng)；場(chǎng)強(qiáng)

隨著塘沽區(qū)的建設(shè)發(fā)展，塘沽機(jī)房場(chǎng)區(qū)周邊逐漸被建筑工地和高大建筑物所包圍，反射功率增大且發(fā)射地網(wǎng)遭到不同程度的破壞，使規(guī)劃的覆蓋區(qū)逐漸縮小，對(duì)廣播電視的播出安全和播出質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響。為保障天津中波廣播播出安全，提高覆蓋質(zhì)量，需要異地選址新建塘沽中波發(fā)射臺(tái)。規(guī)劃初期針對(duì)發(fā)射天線選型問(wèn)題做了以下研究分析。

一、 中波發(fā)射天線類型及特點(diǎn)

1、桅桿式中波天線

在20世紀(jì)30年代，桅桿式天線是中波廣播的唯一天線，也是我臺(tái)目前在用的天線類型。桅桿式天線結(jié)構(gòu)造型簡(jiǎn)單，塔節(jié)形式規(guī)則、易于加工，整體造價(jià)較低，在我國(guó)得到了廣泛的認(rèn)可。但是三方拉繩的占地面積比較大，不好布置，這會(huì)導(dǎo)致征地費(fèi)用較高，綜合以上考慮，如果新建發(fā)射臺(tái)場(chǎng)地條件不允許，會(huì)考慮自立式中波天線。

2、自立式中波天線

自立中波天線的塔型采用拋物線型，這樣的結(jié)構(gòu)形式能夠最好地利用材料的性能。與桅桿天線相比，自立式中波天線占地面積小，場(chǎng)地容易解決，造型美觀，塔身采用熱鍍鋅防腐處理，很好地解決了沿海地區(qū)的強(qiáng)腐蝕問(wèn)題。它除了具備原桅桿天線的功能外，最大的優(yōu)點(diǎn)是縮小了占地面積。但是底部絕緣子制作成本較高，絕緣件又容易損壞，這也是它的不足之處。

3、并饋式自立中波天線

并饋式自立天線采用普通的自立鐵塔作為支持結(jié)構(gòu)，塔體截面可以是正三邊形，也可以是正四邊形，還可以根據(jù)受力、美觀等不同情況設(shè)計(jì)成其它形狀的的塔架外形。與普通的自立塔不同的是，在并饋式自立中波塔周圍分布著若干根(一般取12根銅包鋼導(dǎo)線，線徑視發(fā)射功率等級(jí)不同選用)導(dǎo)線，導(dǎo)線的上端與鐵塔上的平臺(tái)相連，導(dǎo)線的下端匯聚于鐵塔底部中心，并在此對(duì)鐵塔饋電。并饋式自立中波天線取消了絕緣底座，但在鐵塔下面仍需要鋪設(shè)地網(wǎng)。

二、 新建臺(tái)規(guī)劃設(shè)計(jì)

基于以上三種塔的研究分析，進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，新建塘沽發(fā)射臺(tái)計(jì)劃擬建兩座并饋式自立塔用以承擔(dān)天津人民廣播電臺(tái)三套中波廣播節(jié)目(1098kHz、 747 kHz、1008kHz)的播出，覆蓋范圍為天津全境。為了提高天線利用率，我們計(jì)劃將747KHz和1098 KHz頻率雙頻共塔，中波雙頻共塔的兩個(gè)頻率需保持一定的間隔，即f1/f2≥1.25，我臺(tái)兩部發(fā)射機(jī)頻率的比值為1098/747=1.47〉1.25，滿足雙頻共塔的要求。1008KHz則使用一副發(fā)射塔單頻進(jìn)行播出，規(guī)劃建造天線的高度為130～150米。

三、地網(wǎng)敷設(shè)規(guī)劃及發(fā)射塔布局

并饋式天線跟其他中波天線一樣，同樣也需要敷設(shè)地網(wǎng)，以發(fā)射塔底部中心為圓心，以扇形狀均勻向外敷設(shè)，用φ2～φ3mm 的銅導(dǎo)線每隔3°向外敷設(shè)一根地網(wǎng)線，數(shù)量為120根，地網(wǎng)的埋設(shè)深度一般為30～50cm，以不受破壞為原則。所有地網(wǎng)線連接于塔底中心接地銅環(huán)，每個(gè)塔腳與中心銅環(huán)之間用銅帶連接起來(lái)，塔腳相鄰之間也連接起來(lái)，地網(wǎng)線與鐵塔地線和銅帶相交的地方均需要焊接起來(lái)，目的是降低接地電阻，最后實(shí)測(cè)鐵塔的接地電阻應(yīng)小于2 歐姆。

依據(jù)GYJ34-88 《中、短波廣播發(fā)射臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范》，地網(wǎng)半徑為：

0.2 λ-0.35λ(531-747kHz)；

0.25 λ-0.5λ(756-1602kHz)。

所以，1008KHz天線地網(wǎng)半徑計(jì)劃選為148米(0.5λ)；1098KHz天線地網(wǎng)半徑計(jì)劃選為138米(0.5λ)，因1008與1098僅間隔90kHz，為減小相互串?dāng)_可通過(guò)加大塔間距到297米(1008kHz一波長(zhǎng))的方法來(lái)減小相互影響，此外還可通過(guò)采用多回路天線匹配網(wǎng)絡(luò)提高天饋系統(tǒng)的選頻特性，來(lái)減小鄰頻干擾，確保播出效果。根據(jù)天津版圖自身特點(diǎn)，我們可進(jìn)行一下地網(wǎng)半徑優(yōu)化，由于天津地理位置東西方向較窄，南北方向狹長(zhǎng)，在地網(wǎng)敷設(shè)上我們可縮短?hào)|側(cè)地網(wǎng)和西側(cè)地網(wǎng)長(zhǎng)度，而機(jī)房東側(cè)靠近海邊，還可進(jìn)一步縮短發(fā)射塔東側(cè)地網(wǎng)。由于大港地塊距天津市區(qū)35.2km，距濱海新區(qū)20.6km，距薊縣127.6 km，距離天津行政版圖最南端約39.6km，距離天津行政版圖最西端約68.9km。北部覆蓋范圍較東西方向更大一些，所以為了保證北部地區(qū)的收聽效果，在兩副發(fā)射塔的布局上也可采取東西橫向排列方式，這樣即使發(fā)射塔間東西方向存在遮擋，由于東西方向覆蓋范圍較小，也可滿足收聽效果要求。

四、覆蓋情況預(yù)期分析：

覆蓋區(qū)邊緣場(chǎng)強(qiáng)按國(guó)標(biāo)60dB計(jì)算；發(fā)射功率為50kw，發(fā)射塔高度為140m

以1098kHz為例：

h/λ=140/273.22=0.51

對(duì)照發(fā)射天線增益圖，天線增益GT=2

根據(jù)播出場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式：

E(r)=E0(r)+P +GT

其中：E(r)：在距離r(km)處的場(chǎng)強(qiáng)值；E(r)=60 dB

P——發(fā)射功率；P=50kw=10log50=16.99 dB

GT——天線增益。查表GT=2

E0(r)：1kw有效單極輻射功率時(shí)在距離r處的場(chǎng)強(qiáng)值；

E0(r)=60-16.99-2=41.01 dB

對(duì)照?qǐng)鰪?qiáng)對(duì)照表，可查出覆蓋半徑為120公里。根據(jù)地塊所處位置，該覆蓋距離已可覆蓋除薊縣縣城以北部分山區(qū)外的天津全境。同理可算出其他兩個(gè)頻率的覆蓋半徑。這是根據(jù)公式計(jì)算的理論值，由于到了夜晚天波場(chǎng)強(qiáng)對(duì)地波場(chǎng)強(qiáng)的影響，地波與天波的交界處的衰落區(qū)，會(huì)嚴(yán)重干擾中波廣播地波在夜晚的傳播，在地波覆蓋區(qū)和衰落區(qū)邊緣，中波地波有效傳輸距離會(huì)變短，覆蓋區(qū)實(shí)際有效面積也會(huì)減小。參考2015年對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)白天和晚上中波覆蓋收測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果我們可得知夜晚中波地波有效傳輸距離約為白天的三分之二左右。

五、后期維護(hù)費(fèi)用分析：

由于中波天線工作在露天環(huán)境下，長(zhǎng)期經(jīng)受各種自然氣象和生態(tài)環(huán)境的作用，尤其是新建塔地處沿海地區(qū)，空氣中的鹽霧對(duì)天線腐蝕較為嚴(yán)重，所以一般需要每5年左右進(jìn)行一次大型維護(hù)。桅桿塔除了和自立塔一樣進(jìn)行必要的維護(hù)外，還需要每隔半年或一年進(jìn)行一次塔身校正，拉繩的垂度測(cè)試以及拉力校正等維護(hù)項(xiàng)目，所以相對(duì)自立塔而言，桅桿塔的后期維護(hù)工作量大，維護(hù)費(fèi)用較高一些。