淺析中波發(fā)射天線地網(wǎng)作用及維護(hù)

摘要：城市建設(shè)的進(jìn)程導(dǎo)致中波廣播發(fā)射臺數(shù)量增多，為了滿足中波廣播發(fā)射質(zhì)量需求，需要重點(diǎn)分析中波發(fā)射天線地網(wǎng)的影響因素和故障隱患，并制定維護(hù)方案以有效避免中波發(fā)射天線地網(wǎng)故障問題影響播出質(zhì)量。隨著新媒體的興起，傳統(tǒng)新聞媒體面臨著巨大挑戰(zhàn)，這也對中波轉(zhuǎn)播工作提出了更高的要求。因此，確保高質(zhì)量信號發(fā)送成為中波轉(zhuǎn)播臺工作的首要任務(wù)。中波發(fā)射天線地網(wǎng)是影響發(fā)射效果、提高傳輸效率和保證“三滿”播出的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，正確維護(hù)地網(wǎng)對于發(fā)送傳播技術(shù)的重要作用，對地網(wǎng)的維護(hù)顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：中波發(fā)射；地網(wǎng)；發(fā)射效果；地網(wǎng)維護(hù)；地網(wǎng)施工

中波發(fā)射天線地網(wǎng)在廣播傳輸中具有重要的作用，重視中波發(fā)射天線地網(wǎng)的建設(shè)以及維護(hù)管理，可以有效提高廣播服務(wù)的綜合質(zhì)量。因此，要重點(diǎn)分析中波發(fā)射天線地網(wǎng)作用，了解影響因素、主要故障以及建設(shè)要點(diǎn)、維護(hù)方式，可以有效降低不良影響。對此，在實(shí)踐中要定期檢查以及維護(hù)，分析綜合性能，方可有效提高中波廣播的覆蓋范圍，保障傳輸質(zhì)量。

一、中波傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

中波頻段的電波傳播主要分為天波和地波兩種形式；其中，地波作為一種表面波，是中波應(yīng)用的主要類型。在白天，中波天波的傳播依賴于電離層中的E層反射，然而一旦被D層吸收，天波的傳播便會受阻。只有在夜間，當(dāng)D層的電子濃度有效降低時，中波才能夠通過E層的反射實(shí)現(xiàn)傳播。因此，中波天波主要在夜間存在。值得注意的是，中波天波的傳播受到電離層特性的影響，會在晝夜交替、季節(jié)變遷以及太陽活動周期等因素的影響下產(chǎn)生顯著變化，這使得天波傳播呈現(xiàn)出較強(qiáng)的不穩(wěn)定性。

中波廣播的天饋線系統(tǒng)由鐵塔、天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)、饋線及地網(wǎng)等多個部分組成。通常，中波發(fā)射塔的高度介于60米至150米之間，具體取決于所使用的頻率。

在功率相同的情況下，中波發(fā)射機(jī)的工作頻率越高，其覆蓋半徑就越小。相反，工作頻率低的發(fā)射機(jī)，由于其輻射場強(qiáng)的衰減較小，繞射能力較強(qiáng)，因此能夠覆蓋更廣泛的區(qū)域。一般來說，地波服務(wù)區(qū)的覆蓋范圍大約在100公里至150公里，而天波服務(wù)區(qū)則能夠達(dá)到1600公里至2000公里。

接近發(fā)射臺的區(qū)域主要接收地波信號，這一區(qū)域被稱為地波服務(wù)區(qū)，是整個服務(wù)范圍中的關(guān)鍵部分。盡管中波頻率較低，在傳播過程中會有一定的衰減，但由于衰減速度相對較慢，因此能夠形成一個相對穩(wěn)定的服務(wù)空間和范圍。在地波傳播過程中，由于受到多種因素的影響，電磁波的損耗并不會增加，從而使得傳播范圍和距離相對較遠(yuǎn)。此外，垂直極化波在傳播過程中的損耗要小于水平極化波，因此采用垂直極化天線可以有效地獲取地面波的垂直極化。

當(dāng)天線高度與波長相匹配時，天線底部結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)最大的電位，這可能會導(dǎo)致地波輻射逐漸減少。然而，隨著天線高度的增加，系統(tǒng)中最大電流的位置會向上移動，從而增強(qiáng)地波的輻射能力。尤其是當(dāng)天線高度為半個波長時，最大電流將位于天線結(jié)構(gòu)的中部，此時天線的方向性良好，能夠有效地擴(kuò)大覆蓋的深度和廣度。鑒于電波的波長較長，合理設(shè)置和控制天線高度是至關(guān)重要的，這可以減少因天線布置不當(dāng)而產(chǎn)生的干擾和衰減。通過優(yōu)化天線高度，可以在一定程度上擴(kuò)大覆蓋面積，一般來說，天線的最佳高度應(yīng)設(shè)在0.2λ至0.53λ之間（其中λ表示工作波長）。

二、中波發(fā)射天線地網(wǎng)作用

（一）中波發(fā)射天線地網(wǎng)作用

了解中波發(fā)射天線中地網(wǎng)的價值與作用，是理解其主要原理的關(guān)鍵。以單極天線為例，分析其在工作狀態(tài)中的輻射電磁波變化可以揭示其主要特征。單極天線在工作中產(chǎn)生的輻射電磁波呈現(xiàn)類似貧蘋果形狀，電磁波在天線周圍均勻分布，沒有明顯的方向性特征。這種結(jié)構(gòu)是簡單垂直天線的輻射情況，如圖1所示。

在天線基座下方設(shè)置地網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以保證電波沿水平方向輻射，這是理想狀態(tài)。然而，實(shí)踐中由于多種因素的影響，地網(wǎng)結(jié)構(gòu)和范圍的擴(kuò)展受限，這在一定程度上影響了輻射的方向，導(dǎo)致向上傾斜變化，最終使得輻射最大方向與地面之間出現(xiàn)偏離。因此，在中波傳播中需要綜合晝夜差異進(jìn)行分析：白天通過地波傳播，而夜間則主要通過電離層反射進(jìn)行天波傳遞。當(dāng)傳播距離介于150至200公里時，該區(qū)域被視為衰落區(qū)，天波和地波同時存在并相互干擾，降低整體穩(wěn)定性，導(dǎo)致相位差和振幅波動等問題，從而引起信號失真。這是中波廣播遠(yuǎn)距離傳播中最常見的問題之一。

垂直中波天線在運(yùn)行中產(chǎn)生的損耗主要包括導(dǎo)體結(jié)構(gòu)損耗、絕緣子損耗以及地面損耗。電流通過大地返回底部結(jié)構(gòu)時，會增加地面損耗，而絕緣子和導(dǎo)體的損耗相對較小。地波電場向量通常與地表面垂直，在地面感應(yīng)出地面位移電流。天線的地面電流主要通過輻射狀態(tài)到達(dá)天線底部結(jié)構(gòu)，其中地面總徑向電流包括天線底部電流和位移電流，天線高度和徑向距離是影響徑向電流的重要因素。如果天線高度不足，會增大底部電流量，產(chǎn)生較低的電阻；短天線的輻射效率不高，地波傳播容易受到地表導(dǎo)電系數(shù)和電波頻率的影響而衰減。高導(dǎo)電系數(shù)下，地波傳播的衰減相應(yīng)減少；相同導(dǎo)電系數(shù)下，地面吸收主要受頻率影響，頻率越高，吸收越強(qiáng)；低頻率吸收損耗較小。地面損耗主要是徑向電流在底部周圍地表層產(chǎn)生的損耗影響。為了有效控制這種損耗，應(yīng)妥善處理底部輻射，通過設(shè)置輻射狀地網(wǎng)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)輻射效率。這樣處理能有效將徑向電流分為土壤電流和地網(wǎng)電流，增加地網(wǎng)中電流比例，從而減少電阻并增強(qiáng)天線輻射效率。因此，在中波廣播中，主要采用鐵塔天線作為輻射體，使天線塔身與地面保持垂直狀態(tài)，底部電流通過饋電和振子連接，其中大地作為天線回路結(jié)構(gòu)。合理設(shè)置地網(wǎng)可以有效控制地面損耗，切實(shí)增強(qiáng)天線性能。

三、中波發(fā)射天線地網(wǎng)影響因素與故障探究

（一）地網(wǎng)影響因素

1.地質(zhì)條件對中波發(fā)射的影響

中波發(fā)射天線的性能受到多種因素的影響，包括發(fā)射場強(qiáng)、天線類型、頻率、配置結(jié)構(gòu)以及地形等。為了有效提升廣播服務(wù)的綜合質(zhì)量，必須根據(jù)實(shí)際情況對地網(wǎng)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理。

2.傳輸功率的影響

地波輻射損耗容易受到地表電導(dǎo)率的影響，這種影響會導(dǎo)致大地中形成地電流，包括傳導(dǎo)電流和位移電流兩部分。傳導(dǎo)電流與土壤中的電導(dǎo)率成正比關(guān)系，其比值由下式給出：

r/ Id = 60λσ/ ?r，

因此，Ir/ Id ∝ 1/f，說明頻率越高，位移電流越大。

3.電阻與傳輸效率

發(fā)射天線的效率是指其輻射效率，即天線將高頻電流轉(zhuǎn)化為輻射能量的能力。這可以通過分析輻射功率Pr與輸入功率Pi的比例來評估，公式如下：

η=Pr / Pi =Pr / （Pi+PL）

其中PL表示天線功率損耗。因此可以發(fā)現(xiàn)，提高輻射效率可以通過增強(qiáng)輻射電阻 RA或者減小地電阻 RL的方式進(jìn)行處理。

（二）中波發(fā)射天線地網(wǎng)故障問題

1.中波發(fā)射天線地網(wǎng)損壞原因及后果

目前，中波天線地網(wǎng)在運(yùn)行中主要多種因素影響，主要包括如下：

一是受到物理、化學(xué)因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)不同程度的腐蝕性變化，這樣則會直接增加電阻；二是外在因素，在施工作業(yè)中會導(dǎo)致地網(wǎng)結(jié)構(gòu)受在外在因素的影響之下出現(xiàn)損害，降低整體的性能。三是自然因素的影響，在惡劣地質(zhì)災(zāi)害以及天氣因素的影響之下則會影響基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致出現(xiàn)功率不足，降低覆蓋范圍等相關(guān)質(zhì)量隱患問題。

2.中波發(fā)射天線地網(wǎng)受損后出現(xiàn)的故障及分析

地網(wǎng)受損后，會出現(xiàn)內(nèi)部的故障隱患，出現(xiàn)功能不足，無法進(jìn)行調(diào)控等變化；一旦出現(xiàn)變化則會降低功率，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)功率增大，出現(xiàn)射頻封鎖等諸多的變化。以10kW發(fā)射機(jī)為例分析其主要變化，具體如下：

（1）地網(wǎng)故障會導(dǎo)致出現(xiàn)射頻封鎖以及駐波比過大，出現(xiàn)故障顯示，此類問題會同時出現(xiàn)，也可以單獨(dú)出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)此類問題則會通過網(wǎng)絡(luò)控制單元進(jìn)行自動控制，保障系統(tǒng)在安全狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）地網(wǎng)受損到電阻增加以及地面損耗增大，優(yōu)化天線系統(tǒng)阻抗變化，出現(xiàn)損耗性的變化，無法有效滿足發(fā)射機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)際需求。

四、中波發(fā)射天線地網(wǎng)建設(shè)與維護(hù)要點(diǎn)

（一）中波天線地網(wǎng)的建設(shè)要點(diǎn)

地網(wǎng)在建設(shè)中主要就是基于中波天線塔基為圓心，間隔 3°則根據(jù)設(shè)計(jì)要求敷設(shè)一根地網(wǎng)線。其中地網(wǎng)線型號為φ2—3mm 的紫銅線或者銅包鋼材料制，長度為0.5λ，供給120根。埋設(shè)適宜深度為地面30cm—50cm，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)控，保障符合建設(shè)要求。

在建設(shè)中為了提高整體的效果，則可以做好屏蔽處理，焊接銅匯流條，方可有效增強(qiáng)整體性能。地網(wǎng)的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)要均勻焊接，提高整體性能，為了避免影響回路性能，避免將地網(wǎng)鋪設(shè)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，方可有效降低損耗；如果所在地區(qū)寒冷，則可以增加一條相對較粗的銅導(dǎo)線，方可有效避免冷凍影響而出現(xiàn)斷裂等問題，切實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。中波發(fā)射塔地網(wǎng)施工圖和塔基基座如圖2所示。

圖2 中波發(fā)射塔地網(wǎng)施工圖和塔基基座

地網(wǎng)安裝之后， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行測試處理，保障符合現(xiàn)場測試要求，根據(jù)信號覆蓋率、效果等進(jìn)行綜合評判；做好防雷設(shè)計(jì)，降低雷電損害。合理安裝地網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以有效提高整體性能，提高傳輸效率的同時避免大地吸收電磁波，且實(shí)體成了傳功功率，在施工中要強(qiáng)化細(xì)節(jié)管控，避免隱蔽工程影響后續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（二）中波天線地網(wǎng)維護(hù)要點(diǎn)

為了有效提高中波天線的綜合質(zhì)量，必須基于中波天線的性能與特征、影響因素，以及常見的質(zhì)量問題進(jìn)行系統(tǒng)分析。明確維護(hù)要點(diǎn)及主要技術(shù)手段，并采取常態(tài)化、預(yù)防性以及周期性的方式進(jìn)行綜合防控，從而有效提高中波天線地網(wǎng)的整體性能并提升傳輸效率。

1.構(gòu)建常態(tài)化維護(hù)方案

中波發(fā)射臺應(yīng)根據(jù)所在區(qū)域的實(shí)際狀況進(jìn)行科學(xué)選擇，以優(yōu)化覆蓋效果并便于信號傳播。考慮到部分地網(wǎng)鋪設(shè)可能位于地下結(jié)構(gòu)，受應(yīng)用年限或雨水沖刷等因素影響，地網(wǎng)的銅線可能出現(xiàn)損壞或暴露等問題。因此，應(yīng)在5至10年的周期內(nèi)對其進(jìn)行安全防護(hù)，包括焊接和掩埋，及時處理存在的問題，以提升整體性能。

2.優(yōu)化地網(wǎng)綜合性能，改善發(fā)射效果

為減少高樓和地網(wǎng)損壞對中波發(fā)射質(zhì)量的影響并提升發(fā)射效果，除了中波發(fā)射塔的選址外，建設(shè)和優(yōu)化發(fā)射塔及地網(wǎng)時可考慮以下改善措施：（1）重視地網(wǎng)鋪設(shè)優(yōu)化制定有效的維護(hù)方案。例如，在地網(wǎng)內(nèi)環(huán)的中波發(fā)射天線采用直徑適宜的雙線圓環(huán)形式，并將外環(huán)的中波發(fā)射天線也設(shè)置為雙線圓環(huán)形式。為擴(kuò)大中波廣播的發(fā)射范圍并提高接收質(zhì)量，可以將地網(wǎng)內(nèi)環(huán)的每十根銅線擰成一束，并與塔基基礎(chǔ)屏蔽的回流條焊接，形成良好的信號回流路徑?；趦?yōu)化技術(shù)確定的維護(hù)方案，可以有效降低不良影響并提升發(fā)射功率。（2）優(yōu)化發(fā)射接地問題，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。為預(yù)防中波傳播天線受阻，可以調(diào)整技術(shù)方案，并在發(fā)射塔周圍挖掘地井以改善雷電天氣下的發(fā)射機(jī)接地問題。應(yīng)設(shè)置四個地井，其中一個位于發(fā)射塔中心，另外三個呈三角形分布。中心地井的直徑應(yīng)達(dá)到3米，深度為4米，分為4層。為減少地井中地下水的蒸發(fā)，埋土后可覆蓋木炭或大粒鹽。通過這種預(yù)防性維護(hù)管理，可以有效降低不良影響，切實(shí)提高天線地網(wǎng)系統(tǒng)的綜合性能。

五、結(jié)束語

重點(diǎn)分析天線地網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)以及管理要點(diǎn)，通過科學(xué)的方式進(jìn)行維護(hù)控制，制定常態(tài)化的管理方式，預(yù)防性的維護(hù)方式，方可有效提高整體的穩(wěn)定性，在一定程度上提高傳播效率。因此在實(shí)踐中要基于實(shí)際狀況科學(xué)分析，基于現(xiàn)有狀況利用信息化、數(shù)字化以及常態(tài)化的方式進(jìn)行綜合管控，聯(lián)合多種方式實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，方可有效提高系統(tǒng)綜合性能，降低雷電等因素對發(fā)射傳輸設(shè)備產(chǎn)生的影響，切實(shí)保障傳輸效率。

作者單位：王軍 安康廣播轉(zhuǎn)播臺

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