SFA中波天線技術(shù)原理及應(yīng)用分析

仁青次仁

【摘要】隨著我國廣播行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對信號的傳輸質(zhì)量及傳輸效率有新的要求。中波天線作為信號發(fā)射傳輸?shù)闹匾d體，應(yīng)及時利用新的技術(shù)對其革新，以提升信號的傳輸速度和傳輸質(zhì)量。本文研究了SFA新型中波天線技術(shù)原理，并對其應(yīng)用進(jìn)行分析。首先介紹了中波廣播發(fā)射天線和傳輸信號處理方式的不同類型，并對其應(yīng)用進(jìn)行分析。之后通過中波天線電場強(qiáng)度預(yù)測模型試驗，得出了并饋式自立中波實測值與預(yù)測值相接近，且電場強(qiáng)度距離天線距離越遠(yuǎn)測量效果越好的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】并饋式;自立中波;天線原理;電源電路;天線類型

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.04.001

SFA中波天線又被稱為并饋式自立鐵塔中波天線，是一種新型的中波發(fā)射天線。根據(jù)相關(guān)研究可知，與拉線中波天線相比，SFA中波天線具有塔身直接接地、占地面積較小、無絕緣底座等優(yōu)勢，在一定程度上有利于輸電系統(tǒng)的防雷擊效果，并且能承受大功率運行。近幾年，由于并饋式中波天線運行穩(wěn)定、性能良好等優(yōu)勢在相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。中波天線消除了隔離的拉線，節(jié)省了占地面積的同時減少對周圍環(huán)境的影響。因此，本文進(jìn)一步應(yīng)用SFA中波天線，并分析其原理。

1. 并饋式自立中波天線原理

1.1 中波廣播發(fā)射天線類型

天線是中波廣播無線傳輸?shù)闹匾O(shè)備，主要負(fù)責(zé)完成傳輸線高頻電磁波與自由空間電磁波的轉(zhuǎn)換。根據(jù)天線類型的不同，對信號傳輸?shù)挠绊懽匀灰膊煌８鶕?jù)天線類型的不同，電纜的高度、接地方式和結(jié)構(gòu)的外觀也有很大差異。隨著科技的進(jìn)步，我國也在推進(jìn)中波廣播發(fā)射天線的改造，目前中波發(fā)射天線包括絕緣接地斜桿中波天線、斜桿中波天線、中波天線獨立塔等。錐頂負(fù)載中波天線是發(fā)射天線、發(fā)射設(shè)備和單元天線場的組合。在中波發(fā)射機(jī)的實際運行中，難免會出現(xiàn)特定故障，但只有科學(xué)處理每個故障，才能保證其正常運行。

1.2 傳輸信號處理方式

SFA中波天線是一種全新的信號傳輸技術(shù)，它本質(zhì)上就是通過并聯(lián)的電抗來激發(fā)中波天線，直流接地，天線不會接地到高頻。并饋式中波天線雙頻架空部署網(wǎng)絡(luò)包括預(yù)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)、阻塞網(wǎng)絡(luò)和匹配網(wǎng)絡(luò)三大部分。其中中波廣播范圍為531～1602khz，總載頻范圍為120，間隔時長為9khz。按照自立空間中波的傳播特點，介質(zhì)分別采用了地波形式和無線電波的形式進(jìn)行傳播。根據(jù)衍射學(xué)的理論來計算在地上傳播的輻射電場強(qiáng)度，正常的接收和傳輸路徑的接受場強(qiáng)、輻射功率、傳輸距離、頻率和地電導(dǎo)率σ有關(guān)。使用最廣泛的中波天線是桅桿天線，它主要由金屬制成，橫截面為等邊三角形（通常為50-150厘米），該中波天線傳輸信號的信號處理板，如下圖1所示。

根據(jù)上圖1中，中波信號處理板的參數(shù)得出，在傳輸信號的頻率不同時，高度也隨之發(fā)生變化。通常情況下在60-150m之間。在中波天線下部，其材質(zhì)為陶瓷絕緣體，此種絕緣體的特點是每厘米可承受千伏以上的耐壓力，但是最大承受力也達(dá)不到整座塔的重量。

2. 應(yīng)用分析

2.1 測試準(zhǔn)備

根據(jù)相關(guān)電磁輻射監(jiān)測設(shè)備與方法的要求，測量的高度需要距離底部2m。但是由于天線在正常運行的過程中處于一種連續(xù)和穩(wěn)定地運行的狀態(tài)，因此每一個監(jiān)控點的連續(xù)測量時間可以設(shè)置為15秒，讀取在穩(wěn)定運行狀態(tài)下的最高值作為當(dāng)時的測量數(shù)據(jù)。此次測試設(shè)備使用由日本公司制造的HISD-300一體化電場強(qiáng)度儀，采用6號探頭，測量范圍0.1MHz。覆蓋3GHz、中波、短波傳輸頻段。監(jiān)測方面，采用GPS定位器作為監(jiān)測定位的輔助設(shè)備，設(shè)置水平定位精度不大于10m。首先，監(jiān)測天線安裝位置及其周圍預(yù)期的敏感點，然后將這些點放置在周圍的居民區(qū)和連接道路上。

2.2預(yù)測值計算

根據(jù)布置好的監(jiān)測天線安裝位置，提出現(xiàn)場電臺環(huán)境中中波天線分布的測量數(shù)據(jù)，并展開進(jìn)一步分析研究，根據(jù)安裝的發(fā)射站中中波天線的放置點，進(jìn)行預(yù)測性計算，利用中波天線電場強(qiáng)度的理論計算模型進(jìn)行計算。由于同一區(qū)域通常存在多個頻率的電磁波，因此用來表示場強(qiáng)。如果同一區(qū)域內(nèi)有兩種或兩種以上頻率的電磁波，就會產(chǎn)生相應(yīng)的電場強(qiáng)度。組合電場強(qiáng)度的計算主要是兩個或多個頻率的電磁波的電場強(qiáng)度的組合，其值由下公式1所示：

（1）

根據(jù)上式1，計算中波水平天線的預(yù)測場強(qiáng)。首先測量站需要采用三根中波天線為500KW的旋轉(zhuǎn)天線來進(jìn)行，并且要求每根中波天線都懸掛在兩側(cè)相對高度的水平天線上。其次需要明確高頻和低頻，其中高頻天線要求工作在12.56.21MHz，而低頻則要求工作在5.9.12MHz。最后根據(jù)副高距離配置，可以在HR4/4/0.5、HR4/2/0.5、HR2/4/0.5、HR2/2/0.5和各種其他格式中向任何方向發(fā)射。因此，它們具有可組合的不同工況，本文此次僅選取了HR4/4、0.5模式下9635kHz、17880kHz天線距離計算，計算得到的預(yù)測值如下表1所示。

上表1根據(jù)電磁波電場強(qiáng)度的公式，計算得到測試地距離天線9635kHz、17880kHz預(yù)測值。此次計算得到的預(yù)測值僅作為實地應(yīng)用勘查的參考值，為實地應(yīng)用得到的數(shù)值提供對比參照。

2.3 應(yīng)用效果

當(dāng)短波天線工作于HR4/4/0.5模式下9635kHz時，天線的發(fā)射功率為500kW，測量高度為2m時檢測結(jié)果對應(yīng)的場強(qiáng)實測值與上文中計算得到的預(yù)測值對照曲線，如下圖2所示。

根據(jù)上圖2可知，文中研究的SFA中波天線，在實際應(yīng)用中測量得到的數(shù)值與上文中計算得到的預(yù)測值相差很小，總體測量數(shù)值曲線波動穩(wěn)定。為驗證SFA中波天線在其他kHz下的實際測量效果，測試當(dāng)短波天線工作于HR4/4、0.5模式下17880kHz時，天線的發(fā)射功率為500kW，測量高度為2m時檢測結(jié)果對應(yīng)的場強(qiáng)實測值與上文中計算得到的預(yù)測值對照曲線，如下圖3所示。

根據(jù)上圖3可知，中波天線周圍的預(yù)測場強(qiáng)與實際測量吻合較好，SFA中波天線的理論模型可以充分反映變化規(guī)律，實際電場強(qiáng)度在天線遠(yuǎn)場區(qū)域，兩條曲線非常接近，相對誤差很小。但是在天線的短距離場區(qū)，理論模型計算的預(yù)測值與實際電場強(qiáng)度的相對誤差較大。導(dǎo)致這一問題的原因是中波信號主要依靠天空中的波傳播，并受透光率的因素的影響。在一般情況下，天線的電場強(qiáng)度應(yīng)以實際測量為基礎(chǔ)。上圖3中還顯示，中波天線的實測場強(qiáng)小于預(yù)測值，這主要是由于地面的影響，電磁波在傳播過程中的能量衰減所致。因此，得出SFA中波天線在應(yīng)用中，實際測量的數(shù)值與預(yù)測值較為接近，適用于天線距離計算。

3.結(jié)束語

本文研究SFA中波天線的原理，反映了實際電場強(qiáng)度的變化趨勢，并通過實測發(fā)現(xiàn)預(yù)測模型與實測情況之間的規(guī)律。可通過實測改變天線周圍的規(guī)律。從天線輻射遠(yuǎn)場區(qū)的結(jié)果分析，電場強(qiáng)度距離天線距離越遠(yuǎn)測量效果越好，得到的數(shù)值越準(zhǔn)確，受環(huán)境因素影響距離越近得到的數(shù)值波動越大。此次研究為SFA中波天線的應(yīng)用提供可靠的參考依據(jù)，應(yīng)用測試中存在的不足將在今后繼續(xù)改善。

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