中波廣播發(fā)射天線技術(shù)探討

魯艷輝

摘 要：廣播電視已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，成為人們接收信息的重要渠道，要想全面確保收視穩(wěn)定，需要對(duì)廣播電視基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行技術(shù)管理與控制。在廣播電視傳播系統(tǒng)中，中波廣播發(fā)射天線系統(tǒng)已經(jīng)成為最主要的技術(shù)形態(tài)，通過(guò)中波廣播發(fā)射系統(tǒng)調(diào)節(jié)，全面擴(kuò)大廣播電視發(fā)射覆蓋率，有效提升傳播效果和播出質(zhì)量，使節(jié)目收視更加穩(wěn)定與安全，科學(xué)有效做好中波廣播天線技術(shù)研究分析，關(guān)系到整體傳播質(zhì)量。文章通過(guò)對(duì)拉線塔式中波廣播發(fā)射天線系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，進(jìn)一步提出實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中中波廣播發(fā)射天線維護(hù)措施與方法，以此為同行提供必要的參考。

關(guān)鍵詞：天線結(jié)構(gòu)；阻抗匹配；維護(hù)建議

中圖分類號(hào)：TN828.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）02-0052-02

Abstract： Radio and television has entered into thousands of households， become an important channel for people to receive information， in order to fully ensure stable viewing， it is necessary to carry out technical management and control of radio and television infrastructure equipment. In the broadcast and television transmission system the medium wave broadcast transmission antenna system has become the most important technical form through the medium wave broadcast transmission system regulation the overall expansion of radio and television transmission coverage. Effectively improve the transmission effect and broadcast quality， make the program more stable and safe， scientific and effective research and analysis of medium-wave broadcast antenna technology， related to the overall quality of transmission. Based on the analysis of physical structure and working principle of tower-type medium-wave broadcast transmitting antenna system， the maintenance measures and methods of medium-wave broadcasting transmitting antenna in practical application are put forward in this paper， in order to provide the necessary reference for peers.

Keywords： antenna structure； impedance matching； maintenance suggestion

廣播信號(hào)傳輸過(guò)程中，領(lǐng)先的是電磁波傳輸原理，而電磁波傳輸對(duì)電場(chǎng)方向有一定的規(guī)律要求，需要嚴(yán)格根據(jù)規(guī)律保證方向的確定性，使電磁方向能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)，滿足電磁波極化要求。電磁波極化形式形式多樣，主要有平面極化和圓極化兩種形態(tài)，其中平面極化又分為垂直極化和水平極化兩種形式。中波電磁波旋轉(zhuǎn)的方向主要是根據(jù)地面情況進(jìn)行傳播的，通過(guò)在地面?zhèn)鞑ィ箻O化方式呈現(xiàn)出垂直極化形態(tài)，只有全面保證中波發(fā)射天線產(chǎn)生垂直極化電波，才能提升中波質(zhì)量，保證傳輸整體效果。中波廣播發(fā)射天線主要是單極振子垂直極化天線，通過(guò)大地回路，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。針對(duì)這一工作原理，當(dāng)前應(yīng)用最多的則是底部饋電拉線塔式天線，這種天線主要由桅桿、帶基礎(chǔ)的絕緣底座、拉線、地網(wǎng)等部分構(gòu)成，天線加頂?shù)墓δ苤饕菑?qiáng)化覆蓋效果，滿足更大范圍傳播需求。自立塔式天線結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)用中也較為多見(jiàn)，在此我們重點(diǎn)討論一下拉線塔式天線技術(shù)。

1 天線的整體結(jié)構(gòu)

天線組成較為復(fù)雜，需要各部件共同作用才能實(shí)現(xiàn)傳播需求，實(shí)際建設(shè)中，天線主要由以下幾大部分構(gòu)成。

1.1 鐵塔

鐵塔是天線的基礎(chǔ)，通過(guò)穩(wěn)定安全的鐵塔，能夠保證傳輸穩(wěn)定性。那么廣播發(fā)射臺(tái)在選擇鐵塔的時(shí)候，需要嚴(yán)格進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，使鐵塔尺寸、型號(hào)全面滿足發(fā)射功率參數(shù)要求，保證信號(hào)傳播效果。通常，中波頻率范圍是531kHz～1602kHz，波長(zhǎng)為187m至564m之間，我們進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要充分考慮到參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以天線高度畫出相關(guān)參數(shù)特性曲線，計(jì)算出天線最佳高度值為0.625λ，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)天線的最佳高度是0.53λ，還要全面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行確定鐵塔高度，可以在0.2～0.5λ之間選擇，避開(kāi)諧振區(qū)0.4λ，在諧振區(qū)內(nèi)天線系統(tǒng)阻抗不夠安全，試驗(yàn)測(cè)試時(shí)很難調(diào)試精準(zhǔn)。當(dāng)前，我國(guó)所選擇使用的發(fā)射臺(tái)定型天線參數(shù)是76m標(biāo)準(zhǔn)天線，立柱導(dǎo)體直徑為20mm，邊寬為0.5m，這種參數(shù)的鐵塔完全能夠滿足傳播需求。

1.2 地網(wǎng)

只有全面保證天線的強(qiáng)大功率，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)目的高清高質(zhì)，而天線在功率傳輸上會(huì)產(chǎn)生一部分的損耗，損耗功率的因素較多，一是天線導(dǎo)體自身?yè)p耗，影響了傳播質(zhì)量與效果；二是底部塔基絕緣座損耗，使天線功率出現(xiàn)高頻損耗；三是大地回流損耗，這部分損耗占多數(shù)，也是影響天線質(zhì)量的重要因素。天線自身?yè)p耗和高頻損耗對(duì)天線的影響較弱，地?fù)p耗相對(duì)影響要大。為了保證天線功率效果，需要在中波發(fā)射天線中設(shè)計(jì)地網(wǎng)，一般情況下，地網(wǎng)主要是架設(shè)在地面上，當(dāng)天線輻射電磁波圍繞大地表面旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)使大地表面出現(xiàn)電流，大地導(dǎo)體效果并不理想，無(wú)法對(duì)電流進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化分解，這樣天線輻射能量就會(huì)在地面出現(xiàn)一定的損失，天線覆蓋范圍變小，電場(chǎng)覆蓋方向不精確，從而影響了天線輻射電阻和輸入電阻功率，使二者產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)，只有通過(guò)科學(xué)良好的地網(wǎng)敷設(shè)，才能保證傳播效果與質(zhì)量，滿足節(jié)目播放要求。地網(wǎng)的設(shè)置能夠從根本上減小天線輻射損耗功率，提高覆蓋率，使偏遠(yuǎn)區(qū)域接收效果更清晰。經(jīng)過(guò)大量事實(shí)證明，當(dāng)徑向距離r為0.5λ時(shí)，地電流是較為穩(wěn)定的，所以說(shuō)，需要設(shè)置0.5λ的地網(wǎng)輻射半徑較理想，確保地網(wǎng)半徑r設(shè)置工作波長(zhǎng)處于0.3λ～0.5λ之間。地網(wǎng)鋪設(shè)的時(shí)候，需要在澆筑天線鐵塔基礎(chǔ)前進(jìn)行，需要提前進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保位置不影響其他設(shè)施安裝，要在相應(yīng)位置埋入地下一根3～5米的接地銅棒，再利用薄銅皮把鐵塔基礎(chǔ)進(jìn)行有效屏蔽，為了確保安全，需要在銅皮上焊兩圈匯流條，增加導(dǎo)流面積。地網(wǎng)材料的選擇非常重要，為了增加功率效果，會(huì)使用120根直徑φ3的銅線或鋼包銅線，確保長(zhǎng)度0.3λ～0.5λ的工作波長(zhǎng)，每隔3°一根焊接在匯流條上。endprint

1.3 拉線

拉線好壞決定了傳播質(zhì)量，需要嚴(yán)格設(shè)計(jì)平面結(jié)構(gòu)形式，針對(duì)不同的鐵塔類型、橫截面特點(diǎn)，做好拉線設(shè)計(jì)施工，保證張力符合標(biāo)準(zhǔn)要求。要實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，如鐵塔橫截為矩形的，則需要在四個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行拉線，確保各個(gè)方向力量勻稱，保持鐵塔穩(wěn)定與安全。如鐵塔橫截面是三角形的，則需要在三個(gè)角度進(jìn)行拉線施工，通過(guò)三角形拉線方式保證張拉力需要。任何一種拉線形式都是滿足功率需要，為了增加功率效果，需要全面設(shè)計(jì)好拉線傾角，通常保持在60°為宜，如果角度過(guò)大，則拉線張力就大，鐵塔軸向力增加，使鐵塔不夠穩(wěn)定，使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng)，影響信號(hào)傳播質(zhì)量。如果傾斜角設(shè)計(jì)的過(guò)小，則會(huì)增加建設(shè)寬度，浪費(fèi)建設(shè)面積，要想實(shí)例滿足傳播需要、節(jié)省占地面積，還需要根據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)情況合理設(shè)計(jì)好角度。

1.4 絕緣器件

在自然環(huán)境中，往往會(huì)受到天氣的影響，為了確保鐵塔安全，拉線不能直接接在地錨上，只有通過(guò)合理設(shè)計(jì)，確保每根拉線均設(shè)置絕緣子才能進(jìn)行連接，保證鋼繩組合不受天氣影響。通常， 絕緣底座主要是安裝在鐵塔上，絕緣度決定了鐵塔安全性，要在施工中對(duì)絕緣底座有效保護(hù)，可以通過(guò)套防水罩的方式，避免雨水濺入，保證鐵塔安全，提升信號(hào)傳輸質(zhì)量。

1.5 加頂負(fù)載

在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)存在開(kāi)線功率不足的問(wèn)題，這時(shí)為了全面提高傳播效果，需要對(duì)天線進(jìn)行加頂負(fù)載，以此增加天線高度，滿足大功率傳輸需要，增加輻射面積。對(duì)天線進(jìn)行加頂裝置時(shí)，整體操作并不復(fù)雜，技術(shù)要求不高，通過(guò)加載后的天線只能固定在一個(gè)頻率上，無(wú)法進(jìn)行拓展。通過(guò)有效的天線加頂，使原來(lái)開(kāi)路天線頂部變成電抗性負(fù)載天線頂，提升天線性能的同時(shí)，保證了運(yùn)轉(zhuǎn)的安全。天線加頂負(fù)荷必須是電抗負(fù)載才能夠避免出現(xiàn)功率上的損耗，施工時(shí)，可以選擇單獨(dú)使用電容器和電感線圈，也可以通過(guò)多組電容器和電感線圈組合進(jìn)行加載，提升整體效果保證施工品質(zhì)。

2 阻抗匹配

理論上，天線輸入阻抗與開(kāi)路傳輸線損耗輸入阻抗大體一致，而決定天線輸入阻抗的因素主要是自身結(jié)構(gòu)、排列形式、幾何尺寸、載波頻率、饋電形式、周圍環(huán)境及地導(dǎo)參數(shù)等，任何一種影響均會(huì)造成參數(shù)變動(dòng)。為了更加精準(zhǔn)，一般情況下需要通過(guò)實(shí)際測(cè)量求到中波發(fā)射天線輸入阻抗參數(shù)，通過(guò)這種形式得到的數(shù)據(jù)，更加精確科學(xué)，接近最佳值。可以利用矢量電壓法、駐波電橋法、矢量網(wǎng)絡(luò)分析法等得到相關(guān)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。匹配天線就是指使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量天線系統(tǒng)的輸入阻抗Rin+jXin，實(shí)際上，中波發(fā)射臺(tái)為了信號(hào)更加強(qiáng)大，大多是在空曠區(qū)域建立的，周邊不受較高建筑物的影響，大大提高了信號(hào)傳輸質(zhì)量，但是這種情況也容易受到自然界天氣的影響，遭遇雷擊的可能性更多一些，雷電放電過(guò)程中，往往出現(xiàn)的是直流電，另外，不同的電能也會(huì)形成交流成分，要想實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定，可以在匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的時(shí)候，使用無(wú)功功率大的電容對(duì)直流成分進(jìn)行有效隔離，而使用電感接地去掉高頻的成分。

3 維護(hù)

中波發(fā)射天線在使用過(guò)程中，需要進(jìn)行科學(xué)良好的維護(hù)，這樣才能全面發(fā)揮天線作用，提升信號(hào)的穩(wěn)定性與安全性。對(duì)天線的日常維護(hù)內(nèi)容較為復(fù)雜，在時(shí)間上需要周檢、月檢、季檢和年檢，檢測(cè)項(xiàng)目上需要對(duì)地網(wǎng)、鐵塔、拉線、絕緣座進(jìn)行保養(yǎng)，只有通過(guò)定期保養(yǎng)，才能保證鐵塔、拉線和地錨功能正常，日常檢查中，需要嚴(yán)格檢查地網(wǎng)，保證沒(méi)有腐蝕與損壞，確保功能正常；對(duì)鐵塔檢查時(shí)，要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，確保鐵塔垂直度誤差在可控制范圍內(nèi)，一般需要與塔身彎曲程度不超1/750；塔身結(jié)構(gòu)螺栓關(guān)系到塔的穩(wěn)定性，需要嚴(yán)格檢測(cè)，確保沒(méi)有大的松動(dòng)、焊縫開(kāi)裂和嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行有效的修補(bǔ)；在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，鐵塔會(huì)出現(xiàn)打火問(wèn)題，這種情況多數(shù)是出現(xiàn)在饋電點(diǎn)，往往在大風(fēng)天氣會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的情況，需要對(duì)這個(gè)部位重點(diǎn)查看，保證拉線呈現(xiàn)繃緊狀態(tài)；拉線打火也是多見(jiàn)問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)后需要在打火部位繃上一塊銅皮進(jìn)一步降低電位，避免出現(xiàn)高頻打火的問(wèn)題，確保拉線安全；及時(shí)檢查絕緣子是否出現(xiàn)斷裂，及時(shí)做好調(diào)整，發(fā)揮功能作用，同時(shí)也減輕拉線張力；絕緣座要確保一定的防水能力，提高防止效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

中波天線運(yùn)行是否安全穩(wěn)定，關(guān)系到廣播信號(hào)傳輸效果，只有全面提高技術(shù)能力，強(qiáng)化維護(hù)保養(yǎng)力度，才能適應(yīng)越來(lái)越復(fù)雜的傳輸環(huán)境需要，確保節(jié)目播放傳輸質(zhì)量，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會(huì)建設(shè)服務(wù)。

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