中波廣播發(fā)射天線技術(shù)參數(shù)與維護的研究

范瀟勻

中波廣播在526.5kHz～1 606.5kHz 的頻段區(qū)間內(nèi)進行信號的傳輸，可以覆蓋較廣的區(qū)域，節(jié)目信號在傳輸中比較穩(wěn)定，且具有很強的繞射能力[1]，是我區(qū)農(nóng)村牧區(qū)和高山臺站廣播無線覆蓋的主要方式之一，也是廣大村民、牧民及偏遠地區(qū)聽眾獲取信息的重要途徑。隨著我國城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，城郊地區(qū)的高樓鱗次櫛比，致使原來那些位于城市周邊及郊區(qū)的大部分中波廣播發(fā)射天線場地被高樓大廈等建筑物所包圍，嚴重影響了中波廣播的傳輸質(zhì)量，不同程度地降低了中波天線信號的有效覆蓋范圍。同時發(fā)射天線場地也遭受著不同程度的人為破壞。因此，科學(xué)合理的選擇中波廣播發(fā)射天線的主要技術(shù)參數(shù)、及時恰當(dāng)?shù)奶炀€維護是確保廣播節(jié)目信號覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量的重要技術(shù)手段。

1 中波廣播發(fā)射天線主要技術(shù)參數(shù)

中波廣播發(fā)射天線的作用是將發(fā)射機通過饋線傳送來的已經(jīng)被調(diào)制好的高頻電流轉(zhuǎn)換為無線電磁波并將其輻射到周邊需要覆蓋的區(qū)域，以便聽眾能夠及時收聽節(jié)目。天線高度、地網(wǎng)、發(fā)射天線效率、輸入阻抗主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)共同決定著發(fā)射天線的工作性能。

1.1 天線高度

中波發(fā)射天線高度直接決定著中波天線的輻射場強，天線高度越高，相同距離點上，地平面上的輻射場強就越大，信號的覆蓋范圍也就越廣。通過分別對天線高度為0.25λ、0.5λ、0.64λ、0.75λ時天線的輻射場型分析得知，隨著天線高度的增大，地面場強逐漸增強，特別是在高度達到0.64λ時，地面場強幾乎達到最大值。但是當(dāng)天線高度達到0.5λ 以上時，輻射出現(xiàn)主瓣外的副瓣，進而在近場區(qū)產(chǎn)生干擾地波的天波，輻射強度有所衰減。當(dāng)天線高度約為發(fā)射頻率波長的一半即0.53λ 時，既可以滿足具有較強的地波輻射場強，同時也不會形成干擾地波的衰減區(qū)，是最合理的天線高度選擇。

1.2 地網(wǎng)

中波廣播發(fā)射天線是以大地作為輻射電流的回路，大地的電阻較大，因此中波信號在大地傳輸中會產(chǎn)生損耗。敷設(shè)地網(wǎng)的導(dǎo)線電阻遠小于大地的電阻，把地網(wǎng)作為天線輻射電流的回路，可以有效減少損耗。

中波天線地網(wǎng)是將裸銅導(dǎo)線以天線鐵塔基部中心為圓心，呈自行車輪輻條狀敷設(shè)在天線鐵塔底部約300mm～600mm 的土壤下面。地網(wǎng)導(dǎo)線通常選用直徑為2mm～3mm 的硬銅線，相鄰導(dǎo)線間的敷設(shè)角度一般設(shè)定為3°，具體數(shù)量根據(jù)中波天線鐵塔的高度與地面的狀況具體確定。

由于包頭中心臺發(fā)射科地處比較干旱區(qū)域，土壤的導(dǎo)電率不高，因此地網(wǎng)的導(dǎo)線按照120 根敷設(shè)。另外，敷設(shè)地網(wǎng)的半徑在天線電磁感應(yīng)區(qū)，約50-80m，在此區(qū)域的損耗主要是大地損耗，因此敷設(shè)地網(wǎng)可以有效降低損耗。

1.3 發(fā)射天線的效率

由于天線的導(dǎo)電、介質(zhì)等原因會產(chǎn)生損耗，因此天線不能全部把從發(fā)射機接收過來的信號功率都輻射出去。發(fā)射天線的效率ηα 就是用來衡量天線將輸入功率Pa 轉(zhuǎn)換為輻射功率Pin 的有效程度，一般而言天線的效率不會大于1，計算式為，Iam是輸入點最大電流，L0是天線高度[2]。由此可以看出，天線高度直接決定著發(fā)射天線的效率。因此，合理選擇天線高度參數(shù)可以盡可能的提高發(fā)射天線的效率。

1.4 輸入阻抗

中波廣播發(fā)射天線是通過饋線系統(tǒng)與發(fā)射機相連接的，其中天線便充當(dāng)了發(fā)射機的負載，可等效為一個阻抗，即為天線的輸入阻抗。天線的特性阻抗與饋線的特性阻抗相等時，稱為阻抗匹配。如果阻抗匹配，則天線幾乎可以吸收饋線系統(tǒng)傳輸?shù)娜抗β?。如果阻抗不匹配，饋線傳送到天線的信號將被天線系統(tǒng)反射回來并產(chǎn)生損耗，致使輻射效率下降。因此輸入阻抗的大小決定了天線與傳輸系統(tǒng)的阻抗匹配，對天線的輻射效率、地網(wǎng)設(shè)計等有著重要的影響。通過合理選擇天線高度參數(shù)以實現(xiàn)阻抗匹配。

2 中波廣播發(fā)射天線的維護

中波廣播發(fā)射天線在運行中，需要對天線系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施進行必要及時的日常維護，對天線場區(qū)及周圍的人群進行保護，同時要做好防雷措施，確保發(fā)射天線可以安全地、可靠地、最大化地發(fā)揮其作用。

2.1 發(fā)射天線的日常維護

通過對發(fā)射天線設(shè)備進行日常養(yǎng)護和維修，使其達到正常工作狀態(tài)，確保各系統(tǒng)的各項技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)。

包頭中心臺發(fā)射科承擔(dān)7 套中波廣播節(jié)目的發(fā)射任務(wù)，有兩座76m 中波拉線塔和兩座32m 錐形小天線，其中3 座雙頻共塔、1 座單頻單塔（自立塔）。按照季檢、月檢、半月檢、周檢檢修計劃，以“包干到組”的方式對天饋線、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)、塔桅、地網(wǎng)、地錨、接地設(shè)施等進行深入細致的檢查，及時消除故障隱患。包頭地處風(fēng)沙較大地區(qū)，每年春季會有較長時間的沙塵暴天氣。因此在風(fēng)沙較大、雨水較多的季節(jié)，加大對天線的巡查檢查力度，及時加固螺栓、清潔灰塵，對已生銹的部件去除銹斑并噴補防腐漆。在季節(jié)交替時，對調(diào)配網(wǎng)絡(luò)和進行測試并及時作出調(diào)整，以適應(yīng)氣候的變化。

2.2 天線場區(qū)及周圍人群的保護

中波廣播天線塔四周如果有高大的建筑物群，這些建筑物群就會阻擋電磁波的輻射行徑，從而削弱了中波傳輸?shù)睦@射能力，不同程度降低了中波廣播信號的覆蓋率。為確保中波廣播天線的正常輻射及覆蓋范圍，就必須采取合理的保護措施加強對中波廣播天線區(qū)的保護。我國對中波廣播天線區(qū)周圍建筑物的規(guī)定：在距離中波廣播天線鐵塔小于250m且仰角大于3°的空間范圍內(nèi)不允許修建高樓，即d≥250+h/sin3°，d表示建筑物與天線的距離，h表示建筑物的高度[3]。

中波廣播天線在將已調(diào)制高頻電流轉(zhuǎn)換為無線電磁波并傳輸?shù)倪^程中伴隨有電磁污染的產(chǎn)生，在距離天線鐵塔250m 內(nèi)的天線近場區(qū)，天線發(fā)射出去或返回來的電磁能形成了較大的磁場和電場，從而產(chǎn)生了電磁污染，會給周圍人群造成一定程度的危害。因此不僅要對中波天線場區(qū)進行保護，還需要對天線區(qū)周圍的人群進行保護。

包頭中心臺發(fā)射科的4 座天線鐵塔安全區(qū)及周圍建筑物均符合國家相關(guān)規(guī)定，但是隨著周邊區(qū)域的開發(fā)建設(shè)，居民及流動人群越來越多。為更好地保護天線場區(qū)并與周圍人群隔離，發(fā)射科在發(fā)射天線周圍砌了圍墻，并在四周增設(shè)了高清攝像頭，全天候、全方位的對天線區(qū)進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并阻止外來人員誤入天線場區(qū)而造成傷害。

2.3 發(fā)射天線的防雷措施

包頭中心臺發(fā)射科的4 座天線鐵塔高度均在30m 以上，且四周比較空曠，如果防雷措施不得當(dāng)，天線鐵塔就充當(dāng)了避雷針。在雷雨天氣，天線會引入雷電電流，從而對發(fā)射機和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生損壞。因此需要對發(fā)射天線采取必要的防雷措施以減小損壞。

以一部功率為10kW 的中波廣播發(fā)射機為例，其載波頻率為675kHz，天線高度為32m，在雷雨天氣時天線會引入雷電電流，造成發(fā)射機的功放模塊多次被燒壞。為此我們進行了防雷技術(shù)改造：

1）在該天線鐵塔的基座部位增加兩個放電球，使放電球的數(shù)量達到三個，并將放電球調(diào)整到合理的位置。同時在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)配室安裝一個石墨放電球。

2）在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中加裝一個電感L2 和隔離電容C0，L2、C0 組成的回路可以將雷電電流直接引入大地泄放，并對雷電進行隔離。

經(jīng)過一段時間對該發(fā)射機的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：在雷雨天氣時，發(fā)射機沒有掉高壓自保，功放模塊也沒有被燒壞，面板上的天線駐波比指示燈有輕微的閃爍，發(fā)射機運行正常穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

文章分析了中波廣播發(fā)射天線的主要技術(shù)參數(shù)的合理選擇，結(jié)合包頭中心臺發(fā)射科的發(fā)射天線實際情況，研究了發(fā)射天線的日常維護、天線場區(qū)及周圍人群的保護措施，并以10kW 發(fā)射機為例研究了防雷措施，對發(fā)射科提高中波廣播發(fā)射天線的性能、傳輸質(zhì)量、覆蓋范圍以及安全運行具有重要的作用和積極的意義。