中波廣播發(fā)射天線的原理與維護(hù)策略

黃河 陳發(fā)才

【摘要】中波廣播技術(shù)具有性能好、使用方便等優(yōu)勢，在我國廣播事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。但是，中波廣播發(fā)射天線在長時間運行中經(jīng)常會出現(xiàn)老化損壞等故障，從而導(dǎo)致廣播信號的傳輸穩(wěn)定性受到影響。為保障中波廣播信號傳輸質(zhì)量，就要明確中波廣播發(fā)射天線安全維護(hù)要點，采取有效的設(shè)備維護(hù)與故障檢修措施。本文闡述了中波廣播發(fā)射天線的原理，介紹了常見的中波廣播發(fā)射天線，并對中波廣播發(fā)射天線的維護(hù)要點展開了探討。

【關(guān)鍵詞】中波廣播；發(fā)射天線；原理；維護(hù)

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.10.009

中波廣播發(fā)射天線是中波廣播信號傳輸輻射的設(shè)備，主要用于中波廣播信號的發(fā)射，其主要的傳播方式是以地面波為主，以電離層反射波傳輸為輔。確保中波廣播發(fā)射天線安全高效運行的檢修維護(hù)也相當(dāng)重要，應(yīng)進(jìn)行定期檢查，針對各個部件的維護(hù)需求采取針對性維護(hù)措施，如有老化或損壞嚴(yán)重的部件，要及時進(jìn)行更換維護(hù)。本文結(jié)合中波廣播發(fā)射天線原理和常見的幾種中波廣播發(fā)射天線的形式、結(jié)構(gòu)，探討了中波廣播發(fā)射天線安全維護(hù)要點、故障檢修措施和策略，以引起對中波廣播發(fā)射天線維護(hù)重要性的認(rèn)識，保證廣播的高質(zhì)量安全傳輸。

1. 中波廣播發(fā)射天線的原理

無線電信號的發(fā)送與接收過程本質(zhì)上是電磁波的傳遞和轉(zhuǎn)化過程，通過發(fā)射設(shè)備將信號轉(zhuǎn)換為電磁波并在空間上釋放，由接收端天線接收信號，通過接收設(shè)備的綜合處理，轉(zhuǎn)換為目標(biāo)信息，從而實現(xiàn)傳輸過程[1]，無線電技術(shù)在廣播電視工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。中波廣播發(fā)射主要依靠天線發(fā)送無線電波，通過轉(zhuǎn)換器處理后，將這些電波轉(zhuǎn)換為視聽內(nèi)容。因此，天線在中波廣播中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

在參數(shù)方面，中波廣播的頻率一般在526.5～1606.5 kHz之間，波長介于186.7～569.8 m之間。處于這一頻段的電波主要是通過天波和地波進(jìn)行電波傳播。地波是由天線產(chǎn)生的沿著地球表面向其周邊擴(kuò)散的電磁波[2]。中波廣播發(fā)射系統(tǒng)中主要以地波傳輸為主，具有很強的抗干擾能力。隨著傳播距離的延長，地波的場強也會逐步降低，但在幾十到百余千米范圍內(nèi)均能夠保持穩(wěn)定的信號輻射區(qū)。中波天線可將高仰角輻射電波傳輸?shù)诫婋x層的E層，產(chǎn)生能夠傳播數(shù)百甚至數(shù)千公里的天波。天波指大氣層中電離層反射傳播的電波，也叫作電離層反射波，其傳播距離較遠(yuǎn)，一般在1000公里以上[3]。雖然天波傳播距離更遠(yuǎn)，但其穩(wěn)定性不如地波，同時傳播衰減所涉及的變量也更大。為了確保收聽質(zhì)量，在選擇中波廣播發(fā)射天線時，要優(yōu)先考慮高仰角輻射小、對地波場強度具有增幅效果的天線。為了確保信號能夠正常地傳輸，就必須根據(jù)實際情況合理確定天線的最佳高度。

2. 常見的中波廣播發(fā)射天線形式

2.1 桅桿式中波天線

桅桿式中波天線最為常見，可單塔使用，也可由多個塔組成天線陣使用。由鋼管焊接成三角形截面鋼結(jié)構(gòu)塔節(jié)，其主要參數(shù)為高度和三角形截面的邊寬，一般由設(shè)計方根據(jù)發(fā)射頻率和功率等因素進(jìn)行設(shè)計。塔節(jié)之間使用法蘭盤和螺栓連接，底部放置在絕緣子基座上，塔體桅桿由鍍鋅鋼絲拉繩鏈接在地錨上以確保天線的垂直度和安全性，一般為相隔120度的三個方向上有拉繩，拉繩的層數(shù)視桅桿的高度而定，為確保天線的絕緣性，拉繩用多個蛋形絕緣子隔開分段連接。同時底部還需安裝石墨材料或銅制成的放電球，減少雷電對設(shè)備的破壞和對中波廣播的影響。

2.1.1 無頂負(fù)荷桅桿式單塔天線

單塔天線是當(dāng)前廣播電視工程領(lǐng)域最為常見的一種，為了進(jìn)一步滿足公眾對廣播和電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展的期望，對單塔天線技術(shù)的深入研究和實際應(yīng)用至關(guān)重要[5]。單塔天線受到的外界干擾程度主要取決于天線的絕緣性能，如果單塔天線的絕緣性較差，那么外部的電磁波可能會對中波的發(fā)射產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致外界電磁波與天線產(chǎn)生的電磁波發(fā)生碰撞，進(jìn)而影響信號的穩(wěn)定發(fā)射和質(zhì)量，所以確保絕緣性能至關(guān)重要。單塔天線的高度必須達(dá)到信號發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)服務(wù)范圍、投資規(guī)模和場地大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。一般不宜選在0.4倍播出頻率波長附近的阻抗諧振區(qū)內(nèi)，此時輸入阻抗的變動劇烈，將引起調(diào)配的困難。如10 kW以下的中波臺采用這種形式天線的很多，一般選用邊寬500 mm的輕型塔。

2.1.2 斜拉線頂負(fù)荷桅桿式單塔天線

在中波段的低頻端，如頻率在1000 kHz以下時，鐵塔高度不夠則采用斜拉線頂負(fù)荷的辦法，使鐵塔高度和斜拉線等效高度之和，即天線的有效高度不小于λ/4，是經(jīng)濟(jì)可行的辦法。

當(dāng)鐵塔高度小于λ/4時，輸入阻抗的電阻部分變小，天線的輻射效率將因地電阻的影響而有所降低。此時可加裝斜拉線作為頂負(fù)荷以增加鐵塔天線的有效高度。頂負(fù)荷斜拉線用銅線或鋼絞線，長度由頻率、功率和主塔體高度計算決定，它的頂端直接與鐵塔連接，終端連接帶金屬帽的棒形絕緣后，再用蛋形絕緣子分段的鋼絞線固定到地錨上，共3根，彼此相隔120°，裝在鐵塔的三方拉繩上。

頂負(fù)荷單塔天線在實際應(yīng)用中展示出了更強的頻率適應(yīng)性，對電磁波的控制效果更好，相較于傳統(tǒng)的單塔天線，頂負(fù)荷單塔天線擁有更大的覆蓋范圍，更強的方向性優(yōu)勢，更低的塔高和頻率，這有助于控制中波廣播發(fā)射總成本[4]。但在實際應(yīng)用中，這種天線也面臨一定的限制性因素，由于其頻率偏低，在信號發(fā)射的過程中，電流通常也會低于其他天線，會降低信號強度，這可能會導(dǎo)致中波發(fā)射過程中信號的傳輸距離縮短。在選擇這種發(fā)射天線的情況下，必須對其弱項進(jìn)行針對性的改進(jìn)，例如可以選擇小尺寸的圓極化結(jié)構(gòu)，或是增加天線數(shù)量，提高發(fā)射系統(tǒng)整體效率，提高天線在信號發(fā)射過程中的電流，使信號傳輸強度得到提升。

2.2 自立式中波天線

常見的自立式中波天線為正方形或正三角形截面鋼構(gòu)鐵塔，很好地利用材料的性能構(gòu)建出拋物線型外形，塔身構(gòu)件采用高科技防腐處理，能更好地適應(yīng)大溫差、高濕度、沿海地區(qū)的強腐蝕等的環(huán)境，基本能達(dá)到免維護(hù)或減少維護(hù)支出，且占地面積和相同高度的桅桿式中波天線相比少很多，具有較好經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)饋電方式分為串饋式和并饋式。主要區(qū)別是塔腳是否與大地絕緣從而區(qū)分塔體的作用。

2.2.1 串饋自立式中波天線

串饋自立式中波天線塔是常見的典型自立式中波發(fā)射塔。其每個塔腳底部都帶有絕緣子的特制底座與塔架和地基基礎(chǔ)相連，整個塔體與大地是絕緣的，而且絕緣底座是串饋式自立中波天線的關(guān)鍵部件，不僅要有足夠的承重強度，還要具備相當(dāng)?shù)慕^緣度。

2.2.2 并饋自立式中波天線（SFA）

并饋自立式中波天線（SFA）是一種新型中波發(fā)射天線，它所采用的是自立鐵塔。主要由自立塔、饋電平臺、導(dǎo)線（饋電用）、帶防護(hù)欄的登高梯、帶絕緣支撐的饋電點、地網(wǎng)線組成。采用普通的自立鐵塔作為支持結(jié)構(gòu)，塔架外形及塔架截面都可以根據(jù)受力、美觀等不同情況分別設(shè)計。并饋式自立中波天線取消了絕緣底座、絕緣拉繩，節(jié)省了占地面積，但在鐵塔下面仍需要鋪設(shè)地網(wǎng)。鐵塔直流接地，使發(fā)射系統(tǒng)的放電更加快速、有效，有效提高發(fā)射系統(tǒng)的防雷效果，可以承受大功率發(fā)射，也可多頻工作，同時也可在其上安裝FM、TV等各種天線而不影響其正常工作，提高塔體的利用效率。

并饋自立式中波天線可以將多個頻段進(jìn)行整合，在信號傳輸過程中能夠發(fā)揮出優(yōu)秀的增益作用。并饋自立式中波天線由天線塔與輔助設(shè)備構(gòu)成，輔助設(shè)備大多為導(dǎo)線組。當(dāng)并饋自立式中波天線傳輸中波信號時，導(dǎo)線會產(chǎn)生電流傳遞，提高天線的電流容量，為保持信號場強提供必要的支持。并饋自立式中波天線基于振子發(fā)射中波信號，由振子產(chǎn)生的電磁波會以與地面垂直的方式進(jìn)行振蕩擴(kuò)展，以此達(dá)到信號的發(fā)送和覆蓋的目的。

2.3 中波廣播發(fā)射天線的地網(wǎng)、饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)

影響中波廣播發(fā)射天線在實際應(yīng)用中傳輸效率和穩(wěn)定性的部件還有地網(wǎng)、饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)。地網(wǎng)一般以塔身底部作為中心，以每3o一根將120根銅導(dǎo)線均勻敷設(shè)在地面，作為傳輸介質(zhì)確保信號正常傳遞。此外，地網(wǎng)導(dǎo)線的埋設(shè)深度越淺，地面信號的損耗也會越少，埋設(shè)深度一般在30cm，最大化中波天線的實際增益。同時，想要使中波天線發(fā)揮出良好的輻射性能，必須確保在頻率范圍內(nèi)，天線輸入阻抗與發(fā)射機(jī)的阻抗相互匹配，需要在天線與發(fā)射機(jī)之間設(shè)置能調(diào)整阻抗的匹配網(wǎng)絡(luò)。一般情況下，由于中波天線位置通常距機(jī)房有一段距離，為了確保廣播信號按要求傳輸至發(fā)射天線，還需架設(shè)導(dǎo)線作為信號的傳輸介質(zhì)，也就是饋線，饋線的長度要滿足使用規(guī)范要求，一般使用寬帶金屬波導(dǎo)。

3. 中波廣播發(fā)射天線安全維護(hù)要點

3.1 中波廣播發(fā)射天線常規(guī)檢查維護(hù)

在廣播電視工程中，對中波發(fā)射天線進(jìn)行定期的保養(yǎng)維護(hù)至關(guān)重要，采取精準(zhǔn)高效的維護(hù)策略，能夠保證天線的穩(wěn)定運行，降低中波發(fā)射天線出現(xiàn)故障的可能性。在常規(guī)的檢查維護(hù)中，需要檢查天線的外觀和基礎(chǔ)參數(shù)，確保天線保持安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)。在維修時，要嚴(yán)格按照相關(guān)要求執(zhí)行各項操作，避免造成二次損害等不必要的損失，這樣才能夠精準(zhǔn)判斷故障發(fā)生的位置和原因。定期開展常規(guī)性檢查維護(hù)，能夠及時識別潛在的故障風(fēng)險。

例如在中波發(fā)射天線的養(yǎng)護(hù)中，如果絕緣基座、拉線絕緣子出現(xiàn)損壞或者老化的情況，就要立即更換新的絕緣基座、拉線絕緣子，避免發(fā)生嚴(yán)重破損對天線等固定資產(chǎn)及中波信號傳輸造成干擾。在制定常規(guī)性檢查和維護(hù)制度時，有必要明確規(guī)定常規(guī)檢查的頻率，一般要保持每周進(jìn)行一次常規(guī)檢查并做好詳細(xì)的過程和內(nèi)容記錄，包括設(shè)備故障、系統(tǒng)缺陷等在檢查中發(fā)現(xiàn)的故障，檢查結(jié)果及時反饋，以便于進(jìn)行集中處理，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)存在的故障隱患。與此同時，負(fù)責(zé)檢查的相關(guān)人員必須進(jìn)行簽名確認(rèn)，如發(fā)生異常也可以依據(jù)檢查記錄確定責(zé)任人，也方便及時了解天線當(dāng)前的運行狀態(tài)，為后續(xù)的天線維護(hù)提供有效的依據(jù)。中波天線的檢查維護(hù)是一項系統(tǒng)性極強的工作，必須遵循特定的操作流程。例如要根據(jù)不同的天線類型采取相應(yīng)的檢查流程，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的檢查流程，確保在檢查過程中不會發(fā)生任何遺漏。在基礎(chǔ)檢查工作中，也要密切關(guān)注各種環(huán)境因素的變化，比如季節(jié)性溫度波動對中波天線發(fā)射效果的影響等。并饋式自立塔天線松緊度對于信號有很大影響，它直接決定著信噪比。在熱脹冷縮現(xiàn)象的作用下，夏季溫度較高的情況下，天線可能會變得松弛，因此在常規(guī)性檢查中要注意這一點，及時擰緊天線。

3.2 使用儀器設(shè)備測量中波廣播發(fā)射天線的性能

在對中波廣播發(fā)射天線性能進(jìn)行評估時，有必要使用具備高度精確性的儀器設(shè)備。中波發(fā)射天線具有多種類型，并且檢查設(shè)備也有著不同用途，所以在中波廣播發(fā)射天線的性能檢測中，選擇的檢查設(shè)備與天線之間要具有適配性，這樣可以確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如果不能夠保持良好的配合狀態(tài)，則很容易造成測量誤差，影響到整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與精確性?；谥胁◤V播信號發(fā)射的實際工作經(jīng)驗，當(dāng)前在評估中波廣播發(fā)射天線性能過程中已經(jīng)有多種方法，如電流測量法、電壓測量法、電阻測量法、使用經(jīng)緯儀測量垂直度等方法。盡管不同的測量技術(shù)在應(yīng)用的廣度和精確度上存在差異，但它們的核心理念是確保中波廣播發(fā)射天線的高效穩(wěn)定和安全。

3.3 中波廣播發(fā)射天線電氣系統(tǒng)維護(hù)

在廣播系統(tǒng)的構(gòu)造中，中波廣播發(fā)射天線的電氣系統(tǒng)發(fā)揮著核心的基礎(chǔ)架構(gòu)功能，因此，必須重視中波廣播發(fā)射天線電氣系統(tǒng)的檢修和維護(hù)，確保中波廣播發(fā)射天線能夠正常運行。對于中波廣播發(fā)射天線電氣系統(tǒng)的維護(hù)，重點在于以下幾方面。首先，電氣系統(tǒng)需要定期清潔，使其能夠在整潔的工作環(huán)境中運行，并在節(jié)目停播期間，對設(shè)備進(jìn)行必要的測試和檢查。檢查匹配網(wǎng)絡(luò)及饋線的各個組件是否處于正常運行狀態(tài)，天線的垂直度、電容量、電感量等參數(shù)都是關(guān)鍵的檢查項目，記錄電路的行波系數(shù)以及鐵塔的腐蝕狀況，在出現(xiàn)明顯的異常情況時立即進(jìn)行處理。其次，有必要定期檢查中波廣播天線電氣設(shè)備所在的室內(nèi)環(huán)境，對可能干擾發(fā)射信號的，如溫度、濕度、接地電阻等各種因素進(jìn)行詳細(xì)排查和處理。對于已經(jīng)出現(xiàn)故障或明顯損壞的器件進(jìn)行更換或維修。在執(zhí)行維修工作時要制定完善的安全防護(hù)措施，必須放置警示標(biāo)識牌，以免造成安全事故。

3.4 中波廣播發(fā)射天線地網(wǎng)檢查

地網(wǎng)是中波天線的重要組成，在日常使用中需要加大對地網(wǎng)的管理與維修力度。中波廣播發(fā)射天線在運行期間，電流是不可或缺的，地網(wǎng)是電流的主要來源。因此，為了保證中波廣播發(fā)射天線能夠正常運行，必須確保地網(wǎng)的完整性和安全性。例如，在天線匹配阻抗頻繁發(fā)生變化時，可能是天線地網(wǎng)及接地系統(tǒng)受到腐蝕或損壞導(dǎo)致的，應(yīng)及時對接地電阻測量及地網(wǎng)布線排查，如發(fā)現(xiàn)脫焊或破壞斷開，要及時進(jìn)行補焊及連接。如因使用時間較長而導(dǎo)致腐蝕老化和斷開，則應(yīng)視情況重新敷設(shè)地網(wǎng)，確保地網(wǎng)工作正常。除此之外，天線場地及其周邊的布局也必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，可設(shè)置鐵絲網(wǎng)和安全圍墻等，防止因異物進(jìn)入造成破壞和引發(fā)短路故障。

4. 結(jié)束語

中波廣播發(fā)射天線作為發(fā)射臺的核心設(shè)備，其運行質(zhì)量直接影響廣播信號的傳輸質(zhì)量和安全播出保障。因此，我們需要嚴(yán)格遵循國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對中波廣播發(fā)射天線進(jìn)行檢修，做好日常維護(hù)，定期進(jìn)行常規(guī)和重點檢查，預(yù)防故障的發(fā)生，確保中波廣播發(fā)射天線安全高效運行，更加優(yōu)質(zhì)高效地完成播出任務(wù)。

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