敷埋地網(wǎng)在廣播發(fā)射臺的設計與應用

韓祿嘉 姚靜

【摘要】廣播是通過發(fā)射天線將廣播節(jié)目信號發(fā)送到受眾人群的，為了實現(xiàn)覆蓋效果，就必須提高發(fā)射天線效率，同時減小天線自身的損耗。當天線周邊受到發(fā)射天線輻射的電磁波作用時，會在大地中產(chǎn)生地電流，中波天線的地網(wǎng)的作用是給天線的地電流提供一個良好的回流到天線底部的回路。鋪設地網(wǎng)的對中波天線覆蓋效果有著至關(guān)重要的作用。

【關(guān)鍵詞】中波;地網(wǎng);天線

中波廣播的傳播方式是白天依靠地波傳播，夜晚地波和天波傳播，地波是其主要傳播方式。提高天線效率，減小天線自身損耗，增加有效覆蓋是所有廣播發(fā)射臺要思考的重大課題。

因為地面波的傳播方式是垂直極化波，所以中波天線都使用垂直天線。天線不可能是理想導體，有電流通過就會有損耗，天線下的絕緣物也會存在漏電流。當天線周邊地面受到天線輻射電磁波的作用時，在大地中會產(chǎn)生地電流，引起地面的再輻射，而且越靠近天線附近的地面受到的輻射越強，地電流越大。因此，天線的輻射中，既包含有天線自身輻射所產(chǎn)生的主電場，還有地電流所產(chǎn)生的附加電場，二者相互作用。由于地電流的影響，天線輻射總電場不再是固定值，而是時刻變化的。

總電場的變化，引起天線塔體上分布電流的改變，進而改變天線的電氣參數(shù)，致使天線的輸入阻抗和輻射阻抗均發(fā)生變化。從而會產(chǎn)生以下不利影響：①主電場與副電場相位不一致，引起總電場相位改變，輻射方向性圖改變，有效覆蓋區(qū)域發(fā)生變化。②天線上的分布電流變化會引起天線的輸入阻抗發(fā)生變化，造成發(fā)射機與天線之間的匹配困難，甚至引起失諧。③天線輻射能量有一部分損失在地面中，在極端情況下，甚至會出現(xiàn)嚴重渦流而導致天線下方地面發(fā)熱，損失了能量，同時使天線輻射的主電場減弱，實際輻射功率降低，有效覆蓋區(qū)域變小，降低了天線效率。④使信號場強降低，引起聽效果不好，抗干擾能力減弱，多部發(fā)射機在同時工作時，甚至可能產(chǎn)生相互干擾、串音現(xiàn)象。

1. 地網(wǎng)的設計

為了提高覆蓋效果，就必須提高發(fā)射天線效率，同時減小損耗。而中波天線的功率損耗主要是地損耗，即地電流在回流天線底部是造成的損耗。根據(jù)天線理論，中波天線地電流與天線高度和塔基半徑有關(guān)。

根據(jù)對稱陣子天線輻射公式理論，當天線高度增大時，其輻射能量逐漸向地平面降低，由于中波的波長較長，主要傳播方式為地波，就需要架設很高的發(fā)射天線，這在實際應用中是不經(jīng)濟也是不現(xiàn)實的。當天線高度在實際中無法達到這個比例高度時，可以用加頂?shù)霓k法予以補償。

為了提高中波天線的輻射效率，增加有效覆蓋，減小天波與地波相互疊加干擾造成的衰落現(xiàn)象，應盡量降低地電阻。當天線架設高度H與工作頻率波長λ之比較小時，塔基附近的地電流很大，地損耗也很大，實際情況表明：天線架設最佳高度應為H=0.53λ（λ為工作頻率波長）。

排除天線場區(qū)場地因素外，鋪設地網(wǎng)是減小地電阻有效的辦法。地網(wǎng)的金屬導線能為天線地電流回路提供良好的通路。按照《中短波發(fā)射臺設計規(guī)范》要求，接地電阻應不大于4Ω。

根據(jù)公式，接地電阻R=ρ×（ε/C）（R—接地電阻，ρ—土壤電阻率，ε—介電系數(shù)，C—接地體電容）降低接地電阻可以通過兩種方法，一是增大接地體電容C，需要通過增大接地體與大地接觸面積，可通過增加接地體深度、尺寸實現(xiàn);二是減小地電阻率ρ和介電系數(shù)ε，需要通過改善地質(zhì)電學性質(zhì)，可通過提高其導電性實現(xiàn)。

①接地網(wǎng)電容：根據(jù)公式接地網(wǎng)電容C=εS/d.（ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離。）接地電容與地網(wǎng)面積成正比。增大接地網(wǎng)面積可以增大接地網(wǎng)電容從而減小接地網(wǎng)電阻。

②接地體：利用低電阻率材料的接地體，是減小接地電阻的有效措施，我們常采用銅作為地網(wǎng)材料。

在實際操作中，我們常使用15-120根銅導線，從塔基以放射狀鋪設，埋深在0.2-0.5米，導線直徑約為3mm。除了在地下鋪設地網(wǎng)外，也可采用地面上鋪設平衡網(wǎng)的方式。

③降低土壤電阻率：降低土壤電阻率就是要提高土壤的導電性?？稍谕寥乐谢烊肽咎?、鐵屑、食鹽或降阻劑降低土地電阻率。

實踐證明：天線損失功率隨著距離天線底端距離增大而減小，地損主要集中在塔底附近，當塔底徑向距離為0.5λ時，地電流趨于一個固定值，而大于0.5λ范圍后，地電流雖然很大數(shù)值，但它已不屬于感應場范圍，其大小與天線架設高度無關(guān);當H/λ>0.5時，就屬于天線的輻射場。鋪設地網(wǎng)線長度大于0.5λ對減小地損耗起不到更多的作用，所以地網(wǎng)線長度一般取0.5λ。

2. 地網(wǎng)的應用

河南省鄭州八零四中波轉(zhuǎn)播臺所處位置地勢平坦開闊，有利于發(fā)射效果。現(xiàn)有3部發(fā)射天線塔，東塔120m，西塔76m，北塔88m。如圖2。

①接地井的應用：在塔基專門要做接地井，下圖3為接地井剖面圖。

天線基礎澆灌時，在塔基及調(diào)配網(wǎng)絡匹配室附近做兩個接地井，地井深4m（以旱季見濕土為準），面積2m2，埋上長2m、寬1m、厚5mm的紫銅板。用寬250mm到300mm紫銅帶加以銅焊，導引出地面。然后地井分層次填埋降阻劑、木炭、鐵屑、食鹽，其上覆蓋優(yōu)質(zhì)細土，邊回填邊夯實，回填結(jié)束后用水將地井浸濕。測量接地電阻值小于0.1Ω。

或者打一口井，井深30m（見水即可），用直徑100mm，壁厚5mm圓鋼做接地棒。接地引線采用寬250mm，厚0.5mm扁平銅帶，接地線與水平接地體的截面相同。

室內(nèi)部分采用扁平銅網(wǎng)或銅帶作為接地引線，長度不超過30m，焊接處截面面積應不小于40mm×4mm，裸露在地面以上部分，進行必要的措施防止機械損傷。

②地網(wǎng)的應用：塔基外層用厚度不小于0.3mm的銅皮緊密包覆，同時用厚度不小于0.2mm，寬度不小于200mm的銅帶將各個底座包覆的銅皮焊接，并在此銅皮上焊上1圈匯流條。按照以天線塔基中心為圓心，每3°一根地網(wǎng)線，呈放射狀敷設到四周。地網(wǎng)線長度一般取0.5λ。如圖4所示。

地網(wǎng)線采用φ3mm的軟銅線，地網(wǎng)線鋪設時不宜繃的過緊，防止在寒冷季節(jié)，導線因受冷收縮而被拉斷。地網(wǎng)線鋪設好后，將地網(wǎng)線的始端約50mm長的導線均勻分布在屏蔽罩的四周，用匯流條將地網(wǎng)線始端緊緊綁扎在屏蔽罩上，將地網(wǎng)線、匯流條焊接在屏蔽罩上。

③鋪設地網(wǎng)：鋪設地網(wǎng)是一件十分繁瑣的工作，地網(wǎng)質(zhì)量，直接關(guān)系到信號的覆蓋范圍及播出質(zhì)量。而且地網(wǎng)是隱蔽工程，一旦施工完成及成為永久性的隱蔽工程。

埋設地網(wǎng)線時要綜合考慮減小地損耗和免受損壞等多種因素，因為大部分發(fā)射臺的天線場區(qū)都屬于租地性質(zhì)，當?shù)剞r(nóng)民還要進行耕種農(nóng)作物，一般埋設深度在600mm-800mm，從塔基四周起，始端600mm到地網(wǎng)線末端可埋深到800mm。具體埋設時，把施工人員分為6組（每60°區(qū)域為1組），每組要派一名臺內(nèi)技術(shù)人員監(jiān)督施工質(zhì)量，主要是溝的深度。每組均如此施工：先挖第1條溝，鋪下第1根地網(wǎng)線;挖第2條溝時，把所挖之土填進第1條溝中，然后鋪下第2根地網(wǎng)線;以次類推，直至把所有的地網(wǎng)線埋入地下，完成地網(wǎng)施工。這種埋設地網(wǎng)的方法具有節(jié)約時間，便于管理，省錢省力，是我臺在實踐工作中不斷總結(jié)得出的經(jīng)驗。

3. 結(jié)束語

經(jīng)我臺實踐論證，通過上述方法鋪設地網(wǎng)，我臺所有發(fā)射機工作正常，播音質(zhì)量優(yōu)良，沒有出現(xiàn)相互干擾串音的現(xiàn)象。證明了我臺天線的地網(wǎng)鋪設是有效的、合格的。

參考文獻：

[1]W.L.Stutzman和G.A.Thiele所著《天線理論與設計》第2版的中譯本

[2]《中短波發(fā)射臺設計規(guī)范》

作者簡介：韓祿嘉，河南鄭州人，工程師，研究方向：廣電工程;姚靜，河南鄭州人，助理工程師，研究方向：廣電工程。