葉志豪
(作者單位:河南廣播電視臺(tái)無(wú)線(xiàn)電臺(tái)管理中心)
隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),居民對(duì)廣播電視信號(hào)的要求越來(lái)越高。如何提升中波信號(hào)的傳輸質(zhì)量成為現(xiàn)階段廣播電視行業(yè)必須解決的問(wèn)題。中波廣播是一種以地面波與天波相結(jié)合的信息傳播形式,在應(yīng)用中波廣播時(shí),要充分考慮中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)對(duì)發(fā)射效果的影響,進(jìn)一步提升廣播信號(hào)的傳輸質(zhì)量。
中波是一種波長(zhǎng)在200~600 m、頻段范圍在526.5~1 606.5 kHz的無(wú)線(xiàn)電波[1]。地面波是中波的主要傳播形式,大地作為導(dǎo)體,能夠?qū)崿F(xiàn)在幾百千米內(nèi)的傳播。電離層在白天日光的照射下,會(huì)出現(xiàn)密度增大的現(xiàn)象,從而變成優(yōu)良導(dǎo)體,吸收一部分天波。而地波在傳播時(shí),比較容易被大地吸收。所以中波在白天的接受能力會(huì)相對(duì)更弱。
由此看來(lái),中波廣播非常容易受到外界因素的影響,穩(wěn)定性比較難控制。天波傳輸容易受到外界環(huán)境的干擾,高層建筑等設(shè)施會(huì)對(duì)信號(hào)的傳播效率與質(zhì)量產(chǎn)生影響,帶來(lái)信號(hào)卡頓、中斷等問(wèn)題。地波傳輸容易受到距離的影響,距離越長(zhǎng),信號(hào)的弱化現(xiàn)象越嚴(yán)重。在實(shí)際應(yīng)用中波廣播時(shí),會(huì)通過(guò)架設(shè)天線(xiàn)結(jié)合地網(wǎng)的形式,從中心徑向輻射,達(dá)到擴(kuò)大中波發(fā)射信號(hào)傳輸范圍的效果[1]。
某中波轉(zhuǎn)播臺(tái)在建設(shè)時(shí),共建設(shè)3座中波自立塔,具體參數(shù)如表1所示:
表1 3座中波自立塔的具體參數(shù)
該中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)將中波自立塔的塔基中心視作圓心,每隔3°便鋪設(shè)一根深埋40~50 cm的地網(wǎng)線(xiàn)(地網(wǎng)線(xiàn)為Ф3 mm紫銅線(xiàn)),共鋪設(shè)120根,使其呈放射狀向外分布,一直鋪設(shè)到天線(xiàn)區(qū)場(chǎng)地邊界和兩塔距離之間的交界處。地網(wǎng)長(zhǎng)度小于0.3λ的應(yīng)該設(shè)立簡(jiǎn)易高頻地井。地井的間隔為12條地網(wǎng)線(xiàn)。地網(wǎng)線(xiàn)與地網(wǎng)線(xiàn)之間用圓環(huán)連接,圓環(huán)由內(nèi)、中、外三個(gè)環(huán)組成。在該案例中,鐵塔的圍墻、調(diào)配室的外側(cè)、鐵塔與調(diào)配室之間都鋪設(shè)了10 cm×0.75 mm的紫銅板,將紫銅板作為地網(wǎng)內(nèi)環(huán),連接塔基回流條和地網(wǎng)線(xiàn)[2],并利用寬度為40 cm、厚度為10 cm的混凝土進(jìn)行固封,即完成了內(nèi)環(huán)線(xiàn)的施工。
中環(huán)設(shè)置在地網(wǎng)半徑30 m的位置,利用紫銅線(xiàn)把地網(wǎng)線(xiàn)連接起來(lái),即完成了中環(huán)線(xiàn)的施工。
外環(huán)設(shè)置在地網(wǎng)線(xiàn)的末端,與中環(huán)相同,同樣采用紫銅線(xiàn)進(jìn)行連接。確保地網(wǎng)線(xiàn)連接起來(lái)后,保障其與相鄰地網(wǎng)有效連接。如果在鋪設(shè)地網(wǎng)的過(guò)程中,遇到了圍墻圈界,要將地網(wǎng)鋪設(shè)在圍墻的底端。如果遇到建筑障礙,要繞開(kāi)建筑障礙再進(jìn)行鋪設(shè)。如果遇到了水池,要并接相鄰的12根地網(wǎng)線(xiàn),利用紫銅板將地網(wǎng)線(xiàn)埋置池底50 cm深位置進(jìn)行敷設(shè)。并且在間隔6 m的位置采用砼柱進(jìn)行固定,在砼柱的上端10 cm處開(kāi)孔,用作穿孔和固定紫銅板。在該案例中,鋪設(shè)地網(wǎng)時(shí)共遇到一個(gè)蓄水池,總共使用了80根砼柱。
在地網(wǎng)的末端,要把一根圓鋼砸到地下,確保地網(wǎng)末端良好接地,并在地網(wǎng)末端利用砼柱作為標(biāo)志。在該案例中,總共使用了240根砼柱作為標(biāo)識(shí),總共建設(shè)了10個(gè)高頻地井。
該中波轉(zhuǎn)播站處于城市郊區(qū),在建成后已經(jīng)運(yùn)行了3年。相較于舊臺(tái),該中波轉(zhuǎn)播站的天線(xiàn)地網(wǎng)設(shè)計(jì)更加完善,大幅度擴(kuò)大了覆蓋的范圍,提升了信號(hào)傳播的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了45 km范圍內(nèi)的信號(hào)優(yōu)質(zhì)傳播,有效避免了雷雨天氣引發(fā)的天線(xiàn)駐波過(guò)大等問(wèn)題,降低了信號(hào)發(fā)射機(jī)被雷擊的概率。
中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)對(duì)發(fā)射效果的影響體現(xiàn)在多個(gè)方面,其會(huì)對(duì)發(fā)射功率、輻射范圍以及信號(hào)質(zhì)量等多方面產(chǎn)生影響。
接地電阻增大是地網(wǎng)不良的主要表現(xiàn)之一。為提升發(fā)射功率,要重視如何把天線(xiàn)高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波能量。天線(xiàn)輻射電阻和地面損耗是影響天線(xiàn)輻射效率的兩個(gè)主要原因,天線(xiàn)輻射效率和天線(xiàn)輻射電阻、地面損耗之間的關(guān)系見(jiàn)式(1)。
其中,μ代表天線(xiàn)輻射效率,RA代表輻射電阻,RL代表?yè)p耗電阻;Pr代表輻射功率,Pi代表輸入功率。即接地電阻越大,地面損耗越大,輻射效率就越低。通常接地電阻控制在2 Ω以下。通常情況下,電阻越小越好。
天線(xiàn)本身就具有一定的輻射能量,發(fā)射天線(xiàn)的部分能量在信號(hào)傳輸時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)地面,產(chǎn)生信號(hào)損耗現(xiàn)象。能量的損耗程度會(huì)根據(jù)信號(hào)發(fā)射的時(shí)間與距離發(fā)生變化,距離越遠(yuǎn)、發(fā)射時(shí)間越長(zhǎng),廣播系統(tǒng)的傳輸功率就越低,信號(hào)質(zhì)量就越差。而地網(wǎng)在發(fā)射信號(hào)時(shí),電波能量也會(huì)出現(xiàn)消耗,信號(hào)傳輸?shù)木嚯x會(huì)被進(jìn)一步減小,信號(hào)的傳輸質(zhì)量與效率也會(huì)因此受到影響。在電波能量被削弱后,廣播信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)大幅度下降,難以完成遠(yuǎn)距離傳輸任務(wù)。
當(dāng)天線(xiàn)輻射主電場(chǎng)和地面反射副電場(chǎng)出現(xiàn)相位不一致時(shí),輻射的總電場(chǎng)就會(huì)被削弱。地面在受到電磁波作用以后,就會(huì)產(chǎn)生地電流。傳導(dǎo)電流和位移電流共同構(gòu)成地電流。地電流在天線(xiàn)輻射空間內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生再輻射。除了主電場(chǎng)以外,還有附加副電場(chǎng),二者疊加便形成總電場(chǎng)。當(dāng)兩個(gè)電場(chǎng)電磁波的空間路徑不同時(shí),相位差會(huì)變得越來(lái)越大,從而導(dǎo)致天線(xiàn)振幅出現(xiàn)波動(dòng),覆蓋區(qū)域面積也會(huì)進(jìn)一步縮小。為了降低中波發(fā)射天線(xiàn)電網(wǎng)對(duì)信號(hào)覆蓋面積的影響,要盡可能選擇導(dǎo)電性比較好的地面,確保地面平坦?jié)駶?rùn),為地電流提供一條良好的通路。
中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)信號(hào)覆蓋面積產(chǎn)生影響,理論上來(lái)講,穩(wěn)定性越強(qiáng),信號(hào)覆蓋面積越大;穩(wěn)定性越弱,信號(hào)覆蓋面積越小。如果想要擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋面積,在應(yīng)用中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)時(shí),可以借助地面介質(zhì)強(qiáng)化信號(hào),強(qiáng)化中波的傳輸效果。但是在實(shí)際應(yīng)用中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)時(shí),天線(xiàn)和地網(wǎng)分別作為主電場(chǎng)與副電場(chǎng),在傳播方式上存在根本差異,且不同電場(chǎng)之間的介質(zhì)也有著較大的差異,信號(hào)覆蓋的面積也會(huì)因此受到影響。就中波發(fā)射信號(hào)而言,其對(duì)地波的依賴(lài)程度相對(duì)更高。如果信號(hào)范圍覆蓋不全,說(shuō)明地波的傳播受到了限制。垂直極化是地波傳輸信號(hào)的主要方式,因此為了提升地波的傳輸效率,要重視地網(wǎng)的建設(shè),選擇合適的地波垂直天線(xiàn)。地波垂直天線(xiàn)的故障概率較高,如果發(fā)生故障,維修成本與難度相對(duì)較高。一旦地波垂直天線(xiàn)出現(xiàn)故障,中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)也無(wú)法有效地傳輸中波發(fā)射信號(hào),實(shí)際信號(hào)覆蓋范圍也會(huì)受到影響,信號(hào)的清晰度和可接受度都會(huì)降低。
當(dāng)天線(xiàn)和饋線(xiàn)不匹配時(shí),就會(huì)加大反射,對(duì)發(fā)射效果產(chǎn)生影響。天線(xiàn)的輸入阻抗會(huì)受到多種因素的影響,如季節(jié)、地網(wǎng)、環(huán)境、天線(xiàn)形狀、工作頻率等。饋線(xiàn)的特性阻抗通常被設(shè)置為50 Ω[3],而天線(xiàn)的特性阻抗是可以調(diào)整的,利用調(diào)配網(wǎng)絡(luò)可以將其調(diào)整到50 Ω,從而與饋線(xiàn)的特性阻抗相匹配。當(dāng)天線(xiàn)與饋線(xiàn)協(xié)調(diào)匹配時(shí),傳輸效率便能夠得到保障;當(dāng)二者不匹配時(shí),傳輸效率便會(huì)受到影響。
中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)對(duì)饋線(xiàn)、天線(xiàn)的協(xié)調(diào)匹配要求相對(duì)更高,當(dāng)設(shè)備與設(shè)備之間的兼容性達(dá)不到要求時(shí),中波信號(hào)傳輸信號(hào)會(huì)受到限制。因此,在應(yīng)用天線(xiàn)地網(wǎng)裝置時(shí),需要對(duì)輻射阻抗、輸入阻抗進(jìn)行調(diào)整,只有確認(rèn)參數(shù)信息準(zhǔn)確無(wú)誤后,才能有效地控制信號(hào)裝置。當(dāng)信號(hào)參數(shù)發(fā)生變動(dòng)時(shí),雷擊的概率也會(huì)增加,使得信號(hào)裝置正常工作受到影響,因此天線(xiàn)地網(wǎng)信號(hào)裝置要先完成天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的匹配,然后與地線(xiàn)進(jìn)行連接。只有發(fā)射天線(xiàn)的地網(wǎng)安裝滿(mǎn)足相關(guān)要求,天線(xiàn)的接地連接才能得到保證。
日常維護(hù)天饋線(xiàn)是中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)系統(tǒng)的維護(hù)重點(diǎn),所以要重視對(duì)天饋線(xiàn)的日常維護(hù),制訂相應(yīng)的周檢計(jì)劃、月檢計(jì)劃、季檢計(jì)劃與年檢計(jì)劃,落實(shí)日常維護(hù)工作。天線(xiàn)地網(wǎng)系統(tǒng)的焊點(diǎn)較多,且普遍埋設(shè)較淺,因此非常容易發(fā)生斷損現(xiàn)象。相關(guān)工作人員在日常工作的過(guò)程中,要重點(diǎn)處理破損問(wèn)題,確保地網(wǎng)的完整性,確保每個(gè)接頭焊接牢固。在檢查地網(wǎng)線(xiàn)是否破損時(shí),可以利用電纜探位儀進(jìn)行檢測(cè),對(duì)地網(wǎng)線(xiàn)的電氣特性進(jìn)行測(cè)試,從而確保地網(wǎng)線(xiàn)正常運(yùn)作。
發(fā)射塔的維護(hù)一般以3年為一個(gè)周期,每隔3年就要對(duì)發(fā)射塔進(jìn)行深度維護(hù)。發(fā)射塔維護(hù)的主要內(nèi)容包括緊固鐵塔連接點(diǎn)與拉錨接點(diǎn)、矯正拉線(xiàn)位置等。維護(hù)人員要重點(diǎn)檢查放電球、接地點(diǎn)等位置,確保各接地點(diǎn)的電阻合規(guī)。
調(diào)配網(wǎng)絡(luò)和饋線(xiàn)的維護(hù)一般以周為周期,維護(hù)人員在每周的停機(jī)檢修時(shí)間,要重點(diǎn)對(duì)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)和饋線(xiàn)進(jìn)行檢修,檢查電容電感是否存在雷擊燒壞現(xiàn)象,饋線(xiàn)接點(diǎn)是否架設(shè)穩(wěn)固,避免接觸不良導(dǎo)致的發(fā)熱和傳輸效率下降等問(wèn)題。
發(fā)射機(jī)系統(tǒng)是中波發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分,其作為能量發(fā)射的開(kāi)端,發(fā)揮著重要的作用。維護(hù)人員在檢查發(fā)射機(jī)系統(tǒng)時(shí),要重點(diǎn)檢查天線(xiàn)駐波比、調(diào)制度、反射功率及入射功率等指標(biāo),做好發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)記錄工作,對(duì)參數(shù)進(jìn)行比較,檢查其是否存在異常。尤其是駐波比和反射功率兩個(gè)參數(shù),一旦這兩個(gè)參數(shù)出現(xiàn)異常,要立即采取措施,避免發(fā)射機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。
中波發(fā)射系統(tǒng)的維護(hù)也同樣重要,不僅要重視中波發(fā)射系統(tǒng)的日常維護(hù),還要以3~5年為周期,定期進(jìn)行維修,重點(diǎn)檢查拉線(xiàn)情況,避免拉線(xiàn)出現(xiàn)腐蝕、形狀異常、破損等問(wèn)題。在饋線(xiàn)維護(hù)方面,要優(yōu)先檢查導(dǎo)線(xiàn)是否存在斷裂或裸露等問(wèn)題,如果發(fā)現(xiàn)饋線(xiàn)存在異常要及時(shí)更換。
在應(yīng)用中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)時(shí),常會(huì)遇到天線(xiàn)干擾問(wèn)題。為盡可能減少天線(xiàn)干擾問(wèn)題,相關(guān)工作人員要開(kāi)展相應(yīng)的預(yù)防工作,降低天線(xiàn)對(duì)中波發(fā)射的影響。技術(shù)方案的優(yōu)化能夠有效控制天線(xiàn)干擾問(wèn)題的出現(xiàn),如為了降低信號(hào)傳輸設(shè)備自損現(xiàn)象,可通過(guò)增加電流的分布腹點(diǎn)數(shù)量,提升信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度,使中波廣播的發(fā)射頻率得到增強(qiáng)。要想進(jìn)一步提升中波廣播的發(fā)射頻率,還可以在挖建地井時(shí),將鐵塔作為中心。在地井施工時(shí),利用木炭與大粒鹽進(jìn)行埋土,從而解決發(fā)射天線(xiàn)的接地問(wèn)題。地井與地井之間的間隔通常控制在3 m左右,中心地井的深度和施工地井的直徑通常都為4 m,當(dāng)多個(gè)地井連接時(shí),能夠從多維度降低天線(xiàn)地網(wǎng)對(duì)中波發(fā)射效果的影響,保障中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與效率[4]。
通過(guò)上文的分析不難發(fā)現(xiàn),地網(wǎng)對(duì)中波廣播發(fā)射系統(tǒng)有著非常大的影響,其直接關(guān)系到了信號(hào)的覆蓋范圍。因此,要想擴(kuò)大中波發(fā)射范圍,就必須重視地網(wǎng)的鋪設(shè)。在鋪設(shè)地網(wǎng)時(shí),應(yīng)該將塔基設(shè)為中心,頻率設(shè)置在0.3~0.5倍波長(zhǎng)為半徑的圓內(nèi)范圍,并在圓內(nèi)鋪設(shè)60~120根銅線(xiàn),銅線(xiàn)的直徑通常為3 mm,銅線(xiàn)埋置的深度通常為30~50 cm。在埋藏地網(wǎng)時(shí),要使其形成閉合的圓環(huán),讓線(xiàn)數(shù)保持雙線(xiàn)。如果中波發(fā)射天線(xiàn)的直徑為5 cm,那么應(yīng)該將雙線(xiàn)圓環(huán)應(yīng)用在內(nèi)部地網(wǎng)結(jié)構(gòu)的外環(huán)部位。要注意的是,將地網(wǎng)埋入地下以后,其一旦發(fā)生故障,維護(hù)成本就會(huì)大幅度提升,中波廣播信號(hào)也會(huì)因此中斷,因此要重視地網(wǎng)鋪設(shè)的質(zhì)量[5]。
相較于天波信號(hào),地網(wǎng)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性更強(qiáng)。地網(wǎng)信號(hào)傳輸不容易受到自然條件的影響,但地網(wǎng)信號(hào)傳輸會(huì)隨著距離的增加變得越來(lái)越弱,信號(hào)傳輸?shù)膹?qiáng)度也會(huì)因此受到影響。有的中波臺(tái)為了完成發(fā)射任務(wù),會(huì)選擇擴(kuò)大天線(xiàn)場(chǎng)區(qū)面積的方式,擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋范圍。除了擴(kuò)大土地面積,還可以通過(guò)優(yōu)化地網(wǎng)鋪設(shè)來(lái)提升中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)的發(fā)射效果。例如,在不同的施工點(diǎn)設(shè)置不同的天線(xiàn)塔基,并且將其按照放射狀進(jìn)行鋪設(shè),就可以實(shí)現(xiàn)地網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化。
本文首先闡述了中波的具體特征,其次對(duì)中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了分析,再次對(duì)中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)對(duì)發(fā)射效果的影響進(jìn)行了探究,最后分析了中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)系統(tǒng)的維護(hù)要點(diǎn)和降低天線(xiàn)地網(wǎng)對(duì)中波發(fā)射效果的影響的具體策略。廣大廣播電視臺(tái)工作者在應(yīng)用中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)時(shí),只有重視中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)的建設(shè)與維護(hù)工作,通過(guò)優(yōu)化天線(xiàn)地網(wǎng)技術(shù)方案與地網(wǎng)鋪設(shè)方案,降低中波發(fā)射天線(xiàn)地網(wǎng)對(duì)發(fā)射效果的影響;重視對(duì)天線(xiàn)地網(wǎng)的日常維護(hù),保障天線(xiàn)地網(wǎng)的正常運(yùn)作,才能保障信號(hào)傳播的質(zhì)量。