中波廣播發(fā)射天線技術(shù)與安全維護

王 桐

（作者單位：貴州省廣播電視局七一八臺）

中波主要是指波長在100～1000 m，頻率在300～ 3000 kHz的電磁波，主要依靠地面波和天空波兩種方式進行傳播[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)備不斷更新?lián)Q代，中波廣播發(fā)射設(shè)備也由早期的電子管發(fā)射機向數(shù)字化、固態(tài)化模式升級發(fā)展，彌補了原有發(fā)射設(shè)備耗能高、易損壞的不足，使中波廣播發(fā)射技術(shù)邁入新的發(fā)展階段。但是，中波由于依靠地面波和天空波的傳播方式，使得電磁波在傳播過程中極易因不明原因而受到干擾，導(dǎo)致信號接收模糊，接收效果差，并且由于信號發(fā)射設(shè)備處于室外極易造成損壞。所以，為使中波信號在傳播過程中受到的影響更小，終端設(shè)備接收信號更清晰，需要對中波天線發(fā)射技術(shù)進行更深一步研究，以此來保證信號發(fā)射和接收效果。

1 中波廣播天線發(fā)射技術(shù)基本原理

中波廣播是指載波頻率在中波頻段的無線電廣播，廣播信號依靠電磁波的形式傳播。通過發(fā)射天線完成電磁波的傳輸，將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄐ盘柊l(fā)射出去，經(jīng)過傳播后由用戶手中的終端設(shè)備接收電磁波信號并將其轉(zhuǎn)化為音頻信號輸出[2]。在這個過程中，天線發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可以把天線看作是信號發(fā)射與接收之間的橋梁。國際上中波的劃分范圍和我國有所區(qū)別，國際頻段中波范圍為300～3000 kHz，而我國中波廣播波頻的范圍則為525～1605 kHz。

地面波和天空波是中波在大氣傳播過程中的兩種形式，并且這兩種形式在傳播過程中同時存在，共同發(fā)揮作用。但由于地波具有衰減慢和抗干擾性強的特點，在傳播過程中主要還是依靠地面波。然而，地波傳播同樣存在缺點，無線電波的自身特性使其在傳輸過程中一旦碰到導(dǎo)體就會與導(dǎo)體發(fā)生作用并在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，從而損耗一部分能量，無法實現(xiàn)長距離的電磁信號傳輸[3]。白天時，由于太陽長時間照射使得溫度升高，電離層的電子發(fā)生電離、密度增大，使得電離層變成導(dǎo)體，從而將部分以天波形式進行傳播的電磁信號吸收，不再被地面設(shè)備所接收，加之地波被地面吸收，這就造成白天只能接收到近距離的中波電臺信號的現(xiàn)象；到了夜間，由于沒有太陽照射，大氣溫度開始下降，電離層恢復(fù)原樣，對天波的吸收能力變差，終端設(shè)備就可以接收到以天波形式傳播的距離較遠的中波電臺信號，所以設(shè)備在夜間能夠接收到更多的電臺信號。但是，中波廣播發(fā)射天線在設(shè)計時要格外注意一些問題：首先，要注意天線工作時高仰角的輻射問題，由于輻射信號的能量隨著電磁波的高度變化而變化，高度增加能量也會相應(yīng)增加，這對天波傳播來說是一個至關(guān)重要的問題，能量的增加會使天波傳播時消耗的能量忽略不計，增強傳播能力，增大傳播距離。其次，要注意發(fā)射天線的效率問題，效率對于廣播發(fā)射天線來說至關(guān)重要，是衡量天線好壞的指標之一[4]。天線發(fā)射效率就是指天線所輻射的功率，是天線的輻射功率與輸入功率之比，其比值小于1。因此，要想得到一個良好的發(fā)射效率就必須合理選擇天線的形狀和尺寸大小。再次，要合理設(shè)置地網(wǎng)，地網(wǎng)在中波廣播發(fā)射體系中扮演著尤為重要的角色，其主要作用是減少地面波在傳播過程中的損傷，提高廣播傳播效率。地網(wǎng)受地理環(huán)境的影響非常大，因此，在設(shè)置時需要相關(guān)技術(shù)人員細致考察設(shè)備施工環(huán)境，確定環(huán)境對地網(wǎng)的影響情況。

2 中波廣播發(fā)射天線主要類型

2.1 單塔天線

單塔天線是為發(fā)射垂直型極化波而專門設(shè)計的一種天線塔身結(jié)構(gòu)。在廣播過程中要想使廣播信號的傳輸穩(wěn)定、高效，就必須發(fā)射垂直型極化波，并且在設(shè)計時需要將天線輻射最大化沿地面發(fā)射[5]。單塔天線的結(jié)構(gòu)組成包括鋼桅桿、絕緣底座、放電球、絕緣拉繩和地網(wǎng)。單塔天線將塔身作為振子，是一種垂直振子結(jié)構(gòu)，采用底部饋電的形式。單塔天線的具體工作就是在塔身底部匯聚底部電流，所以從這個觀點來看，塔身也屬于振子的一部分。相比其他類型的中波廣播形式而言，單塔天線在傳播時存在一些問題，如單塔型傳播方式存在方向和范圍不固定的問題，其能夠在水平面進行無方向性輻射，且輻射強度的增加變化毫無規(guī)律。所以，單塔型天線形式主要被應(yīng)用于塔頂。

2.2 斜拉線頂負荷單塔拉線

頂負荷型單塔天線與單塔型天線雖然類型不同，但是安裝位置相同，都能夠應(yīng)用于燈塔頂部，其不同之處在于頂負荷型單塔天線的塔身高度一般情況下低于規(guī)定塔高高度[6]。由于高度的降低會不可避免地導(dǎo)致發(fā)射頻率降低，進而出現(xiàn)電磁波傳播過程中功率不足的問題，為解決這個問題，在實際作業(yè)過程中一般是采用在廣播電視塔的頂部增加3～5根斜拉線的方法，通過斜拉線頂負荷單塔拉線，增加有效高度，增大塔頂?shù)碾娏?，使頂部電流不再?。研究數(shù)據(jù)表明，斜拉線頂負荷單塔拉線形式有助于提高天線發(fā)射效率、降低燈塔底部電壓，對天線發(fā)射具有極大的意義。但是，由于頂負荷對天線有效高度的增加效果有限，且因為其不是水平對單塔發(fā)射垂直型極化波，不僅毫無貢獻，還會造成一些負面影響，所以在設(shè)置斜拉線的長度時不能過長，最大長度應(yīng)為垂直部分的一半。

2.3 并饋式中波天線

對并饋式中波廣播發(fā)射天線而言，其結(jié)構(gòu)較為簡單，僅由一個鐵塔及其周圍的一組導(dǎo)線組成，導(dǎo)線上端與鐵塔連接，下端與棒形絕緣子相連，具體使用方式是將導(dǎo)線、鐵塔以及其他相關(guān)元素結(jié)合起來一同發(fā)揮作用。并饋式天線與單塔型天線的相同之處在于這兩種天線形式都屬于垂直振子；不同之處在于并饋式天線相比單塔型天線在底部多了一個支撐工具，且支撐物底部與地面相接，這使得并饋式天線具有一定的防雷擊性能，不會發(fā)生雷擊導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)癱瘓的情況，并且不會發(fā)生饋電情況，但也正是由于這種結(jié)構(gòu)使得并饋式天線不能應(yīng)用于筒形燈塔。并饋式中波天線在區(qū)域性廣播中應(yīng)用十分廣泛，一般用于高度較高的燈塔上，且在區(qū)域性廣播的傳播效果上較其他類型的天線更具有優(yōu)勢[7]。

2.4 匹配網(wǎng)絡(luò)及饋線

為避免輻射對人體造成損害，無線廣播中所使用的中波天線一般情況下距離機房都比較遠，因此要想保證電磁波信號的有效傳輸，就必須保證電磁波信號發(fā)射時的功率，并合理設(shè)置饋線的長度。只有當天線的輸入阻抗與饋線的阻抗一致時，才能有效降低反射波的大小，降低饋線上的駐波比。為使天線的輸入阻抗與饋線的阻抗一致，有效滿足無線廣播的需求，需要在饋線與天線輸入端口之間嵌入一套匹配網(wǎng)絡(luò)。

2.5 地網(wǎng)

中波天線地網(wǎng)的架構(gòu)是天線中至關(guān)重要的一環(huán)。地網(wǎng)能夠有效減少無線電波在以地波形式傳播時的損耗。地網(wǎng)性能的好壞對天線信號的傳播功率和傳播過程中能量的損耗起著決定性作用，以地網(wǎng)和大地作為依據(jù)能夠有效提高廣播天線的傳播能力。要想實現(xiàn)地網(wǎng)對中波天線的增益達到最大，就必須合理布置地網(wǎng)，減少地形環(huán)境對地網(wǎng)的削弱。在進行地網(wǎng)布置時，以塔身為圓心，向四周進行輻射狀方式均勻分布，并借助相當數(shù)量的銅導(dǎo)線作為媒介，實現(xiàn)信號廣泛傳播時能耗的減小[8]。相關(guān)試驗表明，地網(wǎng)導(dǎo)線的功效與埋設(shè)深度有關(guān)，埋設(shè)越深，地網(wǎng)所起到的功用就越??；埋設(shè)越淺，信號的地面損耗就越小，最佳的埋設(shè)深度應(yīng)為地表以下30 cm。

2.6 新型中波天線

傳統(tǒng)中波廣播發(fā)射天線多為桿式類型，也是現(xiàn)階段最常見、應(yīng)用最廣泛的發(fā)射天線。這種類型的天線雖然具有適應(yīng)性強、應(yīng)用廣泛、使用靈活等特點，但是缺點也很明顯，這種桿式類型天線對技術(shù)工藝要求較高，一旦技術(shù)不合格極容易造成意外損害和嚴重的能耗問題，且在安裝過程中耗時又耗力，造成了人力、物力的極大浪費。新型天線在原有桿式天線的基礎(chǔ)上得到進一步優(yōu)化，采用全新的電流傳播形式，通過對天線高度的調(diào)節(jié)來分散電流，極大地提高了中波廣播天線的運作功率，并對安裝空間進一步優(yōu)化，最大化利用每一寸空間，極大地節(jié)省了人力、物力，避免了資金與資源的浪費。

3 中波廣播發(fā)射天線的安全維護措施

3.1 做好天線安裝準備工作

中波廣播發(fā)射天線在設(shè)計安裝之初就要求設(shè)計者考慮到在安裝過程中的具體情況，包括地面地形影響、氣候環(huán)境影響、地質(zhì)地貌影響等，做到在安裝前對安裝地點進行實地調(diào)研和考察，并以此作為依據(jù)繪制科學(xué)的圖紙以供后續(xù)施工參考。在實際安裝過程中，設(shè)計者需要到現(xiàn)場進行監(jiān)督，并對施工過程中出現(xiàn)的各種情況進行及時的反饋處理，依照現(xiàn)場情況對圖紙進行優(yōu)化調(diào)整，確保施工圖紙的準確性，對施工人員提出的不合理之處進行及時處理；還需要反復(fù)校對施工進度與圖紙是否匹配，避免出現(xiàn)施工偏差導(dǎo)致工程失敗，督促施工人員提高工作效率并監(jiān)督工程質(zhì)量，做到對工程整體把握，為日后的維護與檢修提供便利。

3.2 做好日常維護保養(yǎng)工作

再精密的設(shè)備如果缺少必要的維護和保養(yǎng)也會逐漸出現(xiàn)偏差并失去原有功能。因此，必須對廣播天線地網(wǎng)系統(tǒng)定期開展巡檢和養(yǎng)護工作。首先，在養(yǎng)護開始前做好記錄，做到記錄可追溯；對發(fā)射機控制面板上的信息做好監(jiān)控記錄，并與標準數(shù)據(jù)進行對比，如若出現(xiàn)異常，須立刻進行檢查并找出出現(xiàn)差異的原因，及時處理細小問題，避免問題積累造成嚴重問題[9]。其次，做好養(yǎng)護工作，定期停機維護，避免過負荷運行，同時對工作臺進行全面清理，去除絕緣層表面灰塵和異物并檢查絕緣層有無破損，檢查天線安裝是否松動，各設(shè)備接口是否緊密無誤等。要特別注意這些檢查需要在廣播電臺停播時進行，確保所有設(shè)備處于斷電停機狀態(tài)，防止出現(xiàn)意外事故。同時，要加強對電子元件的檢測，防止元件老化。對于精密的電子元件必須保證其工作環(huán)境無塵無污染，記錄各個元件的使用時間，確保元件在使用期限內(nèi)，對于超出使用期限的元件必須及時更換，并做好更換記錄。此外，借助電阻測試儀器對地網(wǎng)和饋線進行檢測，確保絕緣層無破損漏電情況，為電氣系統(tǒng)正常工作提供保障。

3.3 提高中波廣播發(fā)射天線的效率

中波廣播發(fā)射天線的效率，決定了廣播節(jié)目的發(fā)射質(zhì)量，因此必須提高中波廣播發(fā)射天線的效率。要想提高發(fā)射天線的效率，首先需要改變廣播發(fā)射天線的工作環(huán)境和工作方式，尋找最適合的環(huán)境和方式。研究發(fā)現(xiàn)，當廣播發(fā)射天線與地面保持平行或者垂直時，其發(fā)射效率將得到大幅提升。其次，確保天線的運行狀態(tài)，對其相關(guān)參數(shù)進行檢查，保證運行數(shù)據(jù)符合設(shè)定需求，做好廣播發(fā)射天線的定期檢查。在安全工作期限內(nèi)若出現(xiàn)參數(shù)波動較大時，應(yīng)立即查明原因，對出現(xiàn)故障的部分進行處理。再次，天線的形狀大小也會對廣播發(fā)射的效率產(chǎn)生影響，所以在實際安裝時需要根據(jù)周邊環(huán)境等因素合理選擇天線類型，確保廣播發(fā)射效率。要想提高天線信號的質(zhì)量，還需要對周邊環(huán)境進行清理，減少干擾源對天線信號的影響。當出現(xiàn)信號忽強忽弱的情況時，說明天線周邊存在干擾源，需要進行及時處理，可以采用硬件屏蔽的方法，用由金屬絲圍成的鐵籠將天線圍住，從而達到屏蔽干擾信號的目的。

3.4 加強對廣播天線的防護

一般情況下，廣播天線的工作環(huán)境和所處位置多以露天為主，為保證廣播天線平穩(wěn)工作，必須加強對天線的維護。首先，加大定期巡檢力度，及時清理天線表面的灰塵異物，由于天線處于室外經(jīng)受風(fēng)吹日曬，表面很容易產(chǎn)生銹跡，從而對天線的正常運行產(chǎn)生影響，需要及時清理固定螺絲以及裸露處的鐵銹，并涂抹潤滑油進行保養(yǎng)，對銹蝕嚴重的原件進行及時更換。其次，在惡劣天氣環(huán)境下，必須組織人手對天線進行保護，如大風(fēng)天氣需要及時對天線進行加固處理，雷雨天氣要避免雷擊對天線和電氣設(shè)備造成損壞[10]。惡劣天氣過后還要組織人手對設(shè)備進行檢查，去除浮塵和雜物等，并及時矯正天線的垂直度，保證天線的工作效率。如若天線因外力而造成不可逆的損傷時，應(yīng)及時進行整體更換，確保廣播工作正常運行。

4 結(jié)語

無線廣播在滿足人們?nèi)找嬖鲩L的文化需求、提高人們的精神境界等方面發(fā)揮著無可替代的作用，它滿足了人們對于文化娛樂項目多樣性的需求。中波廣播發(fā)射天線技術(shù)因其穩(wěn)定性強、傳播效率高等特點在我國廣播行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，保證了廣播行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，工作人員要對中波廣播發(fā)射天線技術(shù)進行原理分析，并掌握相關(guān)設(shè)備的維修養(yǎng)護措施，對其做好日常維護，為提高廣播節(jié)目質(zhì)量打好基礎(chǔ)。