中波發(fā)射天線的種類及其技術(shù)特點(diǎn)

木仁

摘 要：中波發(fā)射天線是中波發(fā)射技術(shù)的重要工具，也是廣播電視臺(tái)的重要設(shè)備，在廣播電視服務(wù)中發(fā)揮重要的作用。中波發(fā)射天線獲得社會(huì)的廣泛關(guān)注，其具有抗干擾性好、能耗低、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢，能夠符合人民群眾的要求，確保廣播信號(hào)傳輸質(zhì)量。因此，文章主要針對(duì)中波發(fā)射天線的種類以及技術(shù)特點(diǎn)展開探討。

關(guān)鍵詞：中波發(fā)射天線;天線種類;技術(shù)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TN934.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）04-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.030

進(jìn)入新時(shí)期，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了廣播電視媒體的發(fā)展。在廣播行業(yè)中，中波廣播占據(jù)著主導(dǎo)地位，構(gòu)建了現(xiàn)代的廣電行業(yè)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，給人們的生活提供廣播服務(wù)，豐富了人們的精神生活[1]。

但是，從技術(shù)上說，中波發(fā)射天線主要以電磁波為載體，其擁有嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成一套標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，主要是通過發(fā)射指令控制相關(guān)元件，形成波導(dǎo)，從而確保廣播信號(hào)傳輸?shù)耐暾?，最終提供穩(wěn)定的廣播服務(wù)。

中波廣播與微波或其他方式的廣播來說，中波具有抗干擾性好的優(yōu)勢，可在惡劣天氣條件下完成信號(hào)傳輸，對(duì)于廣播電視行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。因此，深入研究分析中波發(fā)射天線的類型與技術(shù)特點(diǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 傳統(tǒng)中波發(fā)射天線及技術(shù)特點(diǎn)

傳統(tǒng)中波發(fā)射天線主要包括桅桿天線和自立式天線，也是我國適用范圍最廣的中波發(fā)射天線。

1.1 桅桿天線

桅桿天線早在20世紀(jì)30年代就得到了廣泛使用，是當(dāng)時(shí)唯一使用的中波發(fā)射天線。為確保架設(shè)與安裝方便，桅桿天線的設(shè)計(jì)截面為三角形，塔高比較固定，一般不超過8 m[2]，如圖1所示。

桅桿天線的每一層塔節(jié)主要使用法蘭盤與螺栓構(gòu)件，桅桿拉繩使用鍍鋅鋼絲制成的三股拉繩，但是由于感應(yīng)電流的出現(xiàn)，導(dǎo)致二次輻射，會(huì)對(duì)廣播發(fā)射方向產(chǎn)生一定的影響，因此，會(huì)使用絕緣子減少這一問題的影響。

由于桅桿天線具有架設(shè)簡單、形狀規(guī)則、加工便捷、成本低廉等特點(diǎn)，在新中國成立之后得到了廣泛推廣和使用。但是，由于其制造簡單，在某些時(shí)候會(huì)出現(xiàn)較多的問題。例如，由于桅桿高，在發(fā)射低頻、大功率信號(hào)時(shí)，需要加裝天線籠，會(huì)增加塔身的負(fù)荷，同時(shí)，要加裝絕緣子，在一定程度上增加了底部壓力以及制造成本。

此外，由于拉線與地面保持45°夾角時(shí)的受力負(fù)荷最為理想。因此，其建設(shè)所需空間較大[3]。近年來，由于我國土地資源短缺，導(dǎo)致此類天線的實(shí)際應(yīng)用越來越少。

1.2 自立式天線

自立式天線的結(jié)構(gòu)是拋物線造型，能夠充分發(fā)揮天線的性能優(yōu)勢[4]。自立式天線主要使用特殊絕緣底座，以塔底與地基作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并配備專門的調(diào)配室。絕緣底座是中波發(fā)射天線重要構(gòu)件，具有質(zhì)地堅(jiān)硬、隔絕電流的特點(diǎn)。與桅桿天線相比，自立式天線占地面積小，造型更加美觀，還能大幅降低建造成本。

此外，可以通過熱鍍鋅處理，降低金屬腐蝕的影響，在空氣濕度高的地區(qū)也能使用[5]。但是，此類天線存在比較明顯的缺點(diǎn)，首先是絕緣底座的制造工藝復(fù)雜，價(jià)格高昂，容易損壞，因此逐漸被新型天線取代。

2 新型中波發(fā)射天線及技術(shù)特點(diǎn)

新型中波發(fā)射天線是在傳統(tǒng)天線的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，目前我國國內(nèi)主要使用的新型中波發(fā)射天線有并饋式自立天線、錐面頂負(fù)荷天線。

2.1 并饋式自立天線

并饋式自立天線采取的是普通自立鐵塔結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況優(yōu)化塔架設(shè)計(jì)，在自立鐵塔周圍通常還有數(shù)根導(dǎo)線連通平臺(tái)與饋電。其與傳統(tǒng)天線類型相比，由于不使用絕緣底座，建造成本較低，但是仍舊需要鋪設(shè)地網(wǎng)。

并饋式自立天線的優(yōu)勢包括：第一，不使用絕緣底座，占地面積進(jìn)一步減小，建造成本較低;第二，發(fā)射功率高，覆蓋范圍更大[6];第三，天線效率高;第四，造型美觀，可以與周圍建筑物更好地融為一體。因此，并饋式自立天線在國外已經(jīng)得到普及使用，技術(shù)也比較成熟，但是在我國的使用時(shí)間短，僅有十幾家電視臺(tái)使用。

2.2 錐面頂負(fù)荷天線

錐面頂負(fù)荷天線是我國近年來引進(jìn)的一種小型天線，具有電磁干擾小的優(yōu)勢，對(duì)周圍建筑物的影響較小，即使在距離發(fā)射空間僅30 m的地方安裝30 kW的天線，也不會(huì)影響機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行狀況，其覆蓋范圍與鐵塔天線相近，具有應(yīng)用靈活、功率小的優(yōu)勢，在數(shù)字廣播中有著較好的應(yīng)用效果[7]。

錐面頂負(fù)荷天線的優(yōu)點(diǎn)在于占地空間小、安裝靈活，在城市中有著較好的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，錐面頂負(fù)荷天線高度較低，被雷擊中的風(fēng)險(xiǎn)較低，可以保護(hù)天線的安全性，且具有較高的帶寬，可以滿足數(shù)字廣播的需求，維修與養(yǎng)護(hù)較為方便，因此可以推廣使用[8]。錐面頂負(fù)荷天線具有的多種優(yōu)勢可以突破傳統(tǒng)天線的不足之處，在城市中波廣播建設(shè)中也有較好的應(yīng)用價(jià)值。

3 傳統(tǒng)天線與新型天線的差異

中波廣播具有成本低、覆蓋范圍廣、接收方便等優(yōu)勢，即使是在信息技術(shù)快速發(fā)展的英、美、法等發(fā)達(dá)國家，也仍舊保留著一定數(shù)量的中波廣播電視臺(tái)，由此可見，中波廣播建設(shè)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

我國中波廣播電視臺(tái)的大規(guī)模建設(shè)是在20世紀(jì)50年代至70年代[9]，近年來，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廣播電視臺(tái)得到快速發(fā)展，新型天線也得到推廣使用，但是仍舊有部分地區(qū)仍舊保留著傳統(tǒng)中波發(fā)射天線。因此，要深入分析二者的差異，從而推動(dòng)廣播電視臺(tái)實(shí)現(xiàn)改造與升級(jí)。

傳統(tǒng)天線多為垂直振子天線，高度從五六十米到一百多米不等，考慮到塔身安全，要使用斜拉線固定[10]。例如，某地區(qū)使用的桅桿天線塔高150 m，需要在三個(gè)方向使用斜拉線固定，占地面積大約為65 000 m2。

地網(wǎng)作為桅桿天線的重要組成部分，天線輻射主要是以地面和地網(wǎng)為輻射回路，因此，地網(wǎng)建設(shè)會(huì)直接影響天線效率。為提高天線效率，要大幅降低損耗，而地網(wǎng)就是為降低損耗而提出的設(shè)計(jì)。

地網(wǎng)敷設(shè)通常以塔底中心為核心，放射狀均勻鋪設(shè)銅線。桅桿天線的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是其占地面積較大，建造成本高，會(huì)受到場地限制，很難獲得理想的傳播效果[11]。在發(fā)射低頻率、大功率信號(hào)時(shí)，塔身負(fù)荷大，我國尚不能生產(chǎn)絕緣底部，因此只能依靠進(jìn)口，而新型天線則可以突破這一限制。

新型天線中的并饋式自立天線在歐美國家得到廣泛使用，其與傳統(tǒng)天線相比具有很多優(yōu)點(diǎn);第一，能夠去掉絕緣底部和固定拉線，減少天線的建設(shè)空間，降低建設(shè)成本;第二，采取直流接地的方式，能夠減少雷電影響，提高系統(tǒng)的運(yùn)行安全;第三，具有輸出功率大與多頻工作優(yōu)勢，可以同時(shí)使用FM、TV天線，對(duì)其運(yùn)行狀況無明顯干擾;第四，由于沒有使用固定拉線，對(duì)建設(shè)面積的需求量小。如果采用傳統(tǒng)桅桿天線，很可能給周圍環(huán)境帶來較大的影響，而采用新型天線則可以解決這些問題。

并饋式自立天線有一個(gè)平臺(tái)，可以與多根導(dǎo)線連接，因此，可以根據(jù)實(shí)際需要增加維護(hù)平臺(tái)，同時(shí)維護(hù)微波天線、調(diào)頻天線。雖然并饋式自立天線也要敷設(shè)地網(wǎng)，但是由于使用紫銅制造的導(dǎo)線，具有較好的防雷性能。并饋式自立天線在底部安裝了雷電泄放電桿，還安裝了隔離電容，此外，還加裝了石墨放電柱，具有較好的穩(wěn)定性。

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，并饋式自立天線開機(jī)半小時(shí)后無反射功率增大的情況，在關(guān)機(jī)之后檢查電氣設(shè)備也無明顯的發(fā)熱現(xiàn)象。并饋式自立天線具有較高的反饋抑制能力，即使2臺(tái)50 kW發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，其高頻反饋也符合國家標(biāo)準(zhǔn)，因此具有較好的性能，可推廣使用。

4 中波發(fā)射天線監(jiān)測技術(shù)

受到技術(shù)因素的限制，無線電頻率作為一種戰(zhàn)略資源，其可利用區(qū)間在3 kHz～3 000 GHz。根據(jù)國際電信聯(lián)盟的規(guī)定，我國可利用的頻率為9 kHz～275 GHz，因此，我國無線電管理機(jī)構(gòu)將這些頻率細(xì)分為285段，其中廣播業(yè)務(wù)為35段。

隨著現(xiàn)代廣播電視的快速發(fā)展，無線電頻率的占用率不斷升高。中波廣播作為我國廣播中的常用類型，頻率范圍為526 kHz～1 606 kHz，由于頻道間隔為9 kHz，再減去航空無線電業(yè)務(wù)頻道，可使用的中波廣播頻道僅有120個(gè)。在這一背景下，要密切監(jiān)測中波廣播的運(yùn)行狀況。

國家廣播電視總局制定了《中波廣播網(wǎng)覆蓋技術(shù)》，對(duì)中波廣播網(wǎng)進(jìn)行總體規(guī)劃，要求各個(gè)廣播電視臺(tái)做好中波廣播的監(jiān)測，提高服務(wù)水平。中波發(fā)射天線作為中波廣播發(fā)射的重要設(shè)備，需要從源頭著手，嚴(yán)格控制播出節(jié)目質(zhì)量，在節(jié)目制作完成后通過電纜、光纜、無線傳輸?shù)确绞嚼弥胁òl(fā)射天線發(fā)送。

在發(fā)送過程中，要考慮節(jié)目信號(hào)質(zhì)量，具體方法是對(duì)比聲源實(shí)現(xiàn)。檢測過程中，發(fā)射節(jié)目信號(hào)質(zhì)量一直是中波發(fā)射天線管理的重要內(nèi)容。由于自然噪聲、設(shè)備運(yùn)行噪聲以及城市中的射頻信號(hào)干擾，都會(huì)對(duì)中波發(fā)射天線產(chǎn)生輕微的脈沖式干擾和振蕩干擾，但是，在實(shí)際檢測中，此類影響對(duì)于中波發(fā)射天線運(yùn)行狀況的影響都在可控制范圍內(nèi)。

此外，要控制中波發(fā)射天線的電聲指標(biāo)，包括噪聲電平、諧波失真、頻率響應(yīng)等指標(biāo)，主要通過監(jiān)聽的方式實(shí)現(xiàn)。例如，實(shí)際檢測中，通過檢測中波發(fā)射天線的噪聲狀況，確定有無差拍聲，從而確定有無信號(hào)干擾。出現(xiàn)信號(hào)干擾的主要原因是干擾信號(hào)強(qiáng)，或是接收器的選擇性接收，或是接收器動(dòng)態(tài)范圍變化，需要結(jié)合具體情況綜合分析。

由于存在干擾信號(hào)，中波發(fā)射天線可以選擇定向天線，在不同的時(shí)間通過調(diào)頻儀器計(jì)算相關(guān)指標(biāo)，確定不同廣播節(jié)目最大調(diào)頻幅度，一般語言節(jié)目在80%～90%即可。由于中波廣播傳播方式的特點(diǎn)，決定了其在白天時(shí)由于存在電離層，不但不反射中波，而且會(huì)吸收中波。因此，其在白天主要是通過地波傳播，服務(wù)范圍通常在200 km內(nèi)。在日落后，由于出現(xiàn)中波反射，傳播范圍達(dá)到了上千公里，但是此時(shí)傳播效果不穩(wěn)定，因此，要制定傳播曲線，進(jìn)一步計(jì)算雜散功率。一般情況下，雜散功率在40 dB即達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，超過這一指標(biāo)則需要進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)節(jié)。

5 中波發(fā)射天線應(yīng)用策略

中波發(fā)射天線實(shí)際應(yīng)用中任何一個(gè)部件出現(xiàn)問題，都會(huì)影響其工作狀況。因此需要加強(qiáng)天線系統(tǒng)維護(hù)，從而確保其工作質(zhì)量。

5.1 提高電氣設(shè)備維護(hù)水平

電氣設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行是確保中波發(fā)射天線正常運(yùn)行的重要前提，因此，要做好電氣設(shè)備的清潔工作。在我國廣播電視臺(tái)中，為確保廣播傳播質(zhì)量，在固定時(shí)間檢修，需要事先制定好科學(xué)的檢修計(jì)劃，詳細(xì)排查容易出現(xiàn)故障的接口、元件，并清理灰塵、雜物，減少對(duì)天線運(yùn)行的干擾。同時(shí)，技術(shù)人員要定期記錄控制面板參數(shù)，對(duì)比不同時(shí)段的參數(shù)，檢查設(shè)備問題，維修存在安全隱患的零部件，確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5.2 增加巡查次數(shù)

為減少天線故障發(fā)生，要構(gòu)建完善的巡查制度，在實(shí)踐工作中不斷優(yōu)化。通過定期檢查發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高檢修人員的責(zé)任意識(shí)，避免流于形式。尤其是定期養(yǎng)護(hù)設(shè)備，要綜合考慮設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷以及季節(jié)等因素的變化。

此外，要檢查零部件的工作情況，對(duì)于拉繩、夾子進(jìn)行潤滑處理，及時(shí)清除銹跡，采取噴漆處理。天線由于直接暴露在空氣中，經(jīng)過風(fēng)吹日曬的影響，容易發(fā)生老化和銹蝕的問題，因此，要加強(qiáng)天線管理，檢查絕緣狀況，在不同時(shí)間調(diào)節(jié)其松緊度，并根據(jù)天線的使用時(shí)間制定合理的檢修計(jì)劃，預(yù)防各種故障。

6 結(jié)語

與傳統(tǒng)天線相比，新型中波發(fā)射天線具有更多優(yōu)勢，能夠減少建設(shè)空間面積，二者各有優(yōu)勢，適用于不同地區(qū)。并饋式自立天線可以實(shí)現(xiàn)多頻工作模式，而錐面頂負(fù)荷天線則可以在建筑屋頂搭建，滿足廣播行業(yè)的不同需求。

未來，我國廣播電視會(huì)朝著更加先進(jìn)、科學(xué)的方向發(fā)展，涌現(xiàn)出更多新技術(shù)與新設(shè)備。技術(shù)人員在實(shí)踐工作中也要不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)和技術(shù)，從而提高新技術(shù)的應(yīng)用效果，推動(dòng)廣播行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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