76米中波桅桿天線加頂

李西昌

（陜西廣播電視臺(tái)第三發(fā)射臺(tái)）

摘 要： 在中波的低頻段（531kHz至1000kHz），由于波長(zhǎng)長(zhǎng)，要求天線高度高，當(dāng)天線高度低于λ/4時(shí)，76米傳統(tǒng)桅桿天線的高度明顯不夠，不僅存在天線效率低，而且輸入阻抗實(shí)部偏小，虛部電抗分量大，天線Q值比較高，工作時(shí)帶寬窄，不利于發(fā)射機(jī)的正常工作。鑒于此類(lèi)問(wèn)題，在76米天線的基礎(chǔ)上，通過(guò)在其頂部加頂負(fù)荷的辦法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，以此達(dá)到增加天線有效高度的目的，這樣人為改變天線的電參數(shù)，有利于匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試和發(fā)射機(jī)的正常工作。

關(guān)鍵詞： 天線Q值高；帶寬窄；邊頻反射大；頂負(fù)荷；有效高度

1.引 言

我臺(tái)540kHz，用一副邊寬為0.5米，高度為76米的輕型桅桿天線轉(zhuǎn)播節(jié)目，發(fā)射機(jī)是50kW全固態(tài)DAM，對(duì)天線的電參數(shù)要求比較嚴(yán)格。在中波頻段，天線高度要求在λ/4與λ/2之間、天線阻抗、天線Q值（虛部/實(shí)部）都要符合實(shí)際工作的需求。540kHz處在中波段的低頻端，工作在76米桅桿天線上，輸入阻抗實(shí)部偏低（8Ω左右），虛部電抗偏大且頻率在±10kHz的邊頻范圍內(nèi)變化時(shí)，虛部較實(shí)部變化大。531kHz至1602kHz駐波測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)V字形，明顯存在76米天線在低頻段工作時(shí)，天線Q值高、邊頻駐波大帶寬窄的問(wèn)題，造成發(fā)射機(jī)在音頻高端邊頻反射大、駐波保護(hù)頻繁無(wú)法正常工作的現(xiàn)象，其原因是天線高度不夠（小于λ/4）。如果繼續(xù)在天線頂部增加實(shí)際高度，不但投資大，而且無(wú)疑會(huì)給架設(shè)和今后的維修帶來(lái)很大的困難，此時(shí)，考慮在不增加天線實(shí)際高度的情況下，通過(guò)加裝斜拉線作為頂負(fù)荷以增加桅桿天線的有效高度，達(dá)到在低頻段工作時(shí)對(duì)發(fā)射機(jī)邊頻反射大、駐波保護(hù)有一定的改善作用，這是目前即經(jīng)濟(jì)又可行的辦法。

2.76米頂負(fù)荷天線

76米頂負(fù)荷天線，目前國(guó)內(nèi)基本上都采用在天線頂部加頂負(fù)荷板（三角形），再用三根彼此相隔120°、長(zhǎng)度為35.3米的斜拉線（頂負(fù)荷線）牽引到地面這種形式。斜拉線分別接于負(fù)荷板邊線的中間，負(fù)荷線首端用螺栓固定在負(fù)荷板上，從塔頂穿過(guò)U形環(huán)并捆扎后并從天線的三方拉繩之間一直斜拉到地面，傾角為45°。為了防止天線塔體對(duì)地短路，還要避免斜拉線上感應(yīng)高頻電流二次輻射的干擾對(duì)電磁波輻射方向圖造成影響，依據(jù)發(fā)射功率的大小把斜拉線按一定的長(zhǎng)度分成若干段，分段處要用絕緣子進(jìn)行隔離，因而頂負(fù)荷線（鋼絞線）各段之間要求絕緣且對(duì)地絕緣。具體要求是：負(fù)荷線首端接八棱絕緣子2個(gè)，再用10個(gè)蛋形絕緣子分段，尾端接地錨，分?jǐn)嚅L(zhǎng)度尺寸為：1m*2、3m*2、5m*2、7m*3、10m*3，最長(zhǎng)拉線段不超過(guò)28m，每段之間用絕緣子分隔，如圖1。

76米中波天線加頂示意圖如圖1所示。

3.頂負(fù)荷天線原理

中波垂直極化天線通常是無(wú)頂天線（終端開(kāi)路），可以認(rèn)為是頂部開(kāi)路有損耗的雙線傳輸線（終端開(kāi)路的傳輸線是無(wú)損耗線，基本上不傳輸功率，線上電流分布按正弦規(guī)律變化），且由于其橫截面不是完全均勻的，因而鐵塔天線垂直部分表面的電流分布不均勻，電流波按近似于正弦規(guī)律分布，其中波腹附近的電流最大起主要作用，波節(jié)附近的電流及其他部分電流的影響較小，尤其在頂部高頻電流更小，對(duì)空間輻射的電磁波能量就很小。由于天線電流分布的不均勻性，天線輻射電阻小，效率低，還直接影響到天線底部饋電處的輸入阻抗。對(duì)于中、小功率中波發(fā)射臺(tái)，天線大部分是高度為76米、邊寬為0.5米的桅桿天線，同樣存在這樣的問(wèn)題，尤其是在低頻段，天線高度低于λ/4，天線Q值高、帶寬窄，底端附近地電流大、天線的輸入阻抗的實(shí)部偏低，這些現(xiàn)象表現(xiàn)更為突出。如今，機(jī)房清一色的全固態(tài)發(fā)射機(jī)在低頻段，面對(duì)這樣的天線顯然無(wú)法適應(yīng)。

對(duì)于工作在低頻段的76米桅桿天線，為了解決天線Q值高、工作時(shí)帶寬窄、效率低的問(wèn)題，一般采用加頂負(fù)荷天線，其形式多種多樣，這里只介紹國(guó)內(nèi)常用的斜拉線頂負(fù)荷天線。頂負(fù)荷天線也就是加頂加載天線，在為了不再產(chǎn)生多余無(wú)用功率（熱損耗）的情況下，將原來(lái)開(kāi)路的天線頂部變成電抗性負(fù)載的天線頂來(lái)進(jìn)行饋電，使頂部電流不為零，以增加其有效高度。它是通過(guò)三根頂負(fù)荷線穿過(guò)U形環(huán)至地面形成傘塔天線形式，加頂后即增加了天線導(dǎo)體對(duì)大地導(dǎo)體之間分布電容（任何兩個(gè)存在電壓差且相互絕緣的導(dǎo)體之間都會(huì)形成分布電容），這樣就形成了電容性的天線頂，也就相當(dāng)于在天線頂部加上了電抗性負(fù)載。另外，由于天線阻抗容性增大，有利于對(duì)76米天線輸入阻抗的電抗分量（容抗）予以部分抵消。

這種通過(guò)加裝斜拉線作為頂負(fù)荷天線來(lái)進(jìn)行饋電的辦法，增加了頂部的電抗負(fù)載，改變了鐵塔上垂直部分的電流分布狀況，把電流波的腹點(diǎn)向頂部移動(dòng)，如圖2，使天線上電流分布趨于均勻，有利于提高天線腹點(diǎn)的輻射電阻。總之，這樣做的目的都是為了增加天線的有效高度，使鐵塔高度和斜拉線等效高度之和，亦即天線的有效高度不小于λ/4。

需要注意的是，頂負(fù)荷的作用僅僅是改變了桅桿天線上電流的分布狀況，以增加天線的有效高度。負(fù)荷線本身對(duì)發(fā)射并無(wú)貢獻(xiàn)，相反因?yàn)樗旧聿⒉皇撬降?，?duì)發(fā)射會(huì)起些不利的作用。因此，在增加天線有效高度的同時(shí)，三根頂負(fù)荷線還不宜過(guò)長(zhǎng)，一般不超過(guò)垂直部分的一半（35.3米<38米）。事實(shí)證明：當(dāng)頻率高于700kHz，天線的有效高度將大于λ/4，應(yīng)逐漸縮短斜拉線的長(zhǎng)度。

4.天線加頂負(fù)荷后阻抗實(shí)測(cè)

76米桅桿天線加頂負(fù)荷后，就540 kHz及上、下邊頻對(duì)天線的輸入阻抗進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，再和加頂前進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果是實(shí)部提高、虛部降低、Q值也隨之降低、帶寬變寬，如下表所示，這樣的結(jié)果基本上滿(mǎn)足了實(shí)際工作的需求。

5.結(jié)束語(yǔ)

我臺(tái)這次76米中波桅桿天線通過(guò)加頂負(fù)荷來(lái)增加天線的有效高度，使天線的電參數(shù)—天線輸入阻抗、Q值、帶寬都得到了進(jìn)一步的改善；同時(shí)經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，天線輻射電阻較之前有所增大，天線效率也隨之提高，擴(kuò)大了電磁波向空間的輻射。這樣以來(lái)，540kHz匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和調(diào)試也相對(duì)容易，對(duì)發(fā)射系統(tǒng)而言基本上滿(mǎn)足了使用要求。在整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)調(diào)試完后，經(jīng)過(guò)半年時(shí)間的試運(yùn)行，發(fā)射機(jī)及其匹配網(wǎng)絡(luò)工作穩(wěn)定。由此看來(lái)，76米桅桿天線可以在不增加天線實(shí)際高度的情況下，通過(guò)對(duì)無(wú)頂負(fù)荷天線加頂加載，提高天線的有效高度，有利于解決中波低頻段在天線高度小于λ/4時(shí)，發(fā)射機(jī)存在邊頻反射大、駐波頻繁保護(hù)的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]張學(xué)田，李英華等。廣播電視技術(shù)手冊(cè)（發(fā)射技術(shù)）國(guó)防工業(yè)出版社 北京.

[2]李孝勖。廣播電視技術(shù)手冊(cè)（天線）國(guó)防工業(yè)出版社 北京.

[3]中央廣播事業(yè)局76米中波桅桿頂負(fù)荷天線設(shè)計(jì)方案。（河南長(zhǎng)興建設(shè)集團(tuán)有限公司提供）.