中波发射台搬迁建设及天线选用

白智彪

内蒙古新闻出版广电局呼伦贝尔广播发射中心785台 内蒙古 牙克石 022150

中波发射台搬迁建设及天线选用

白智彪

内蒙古新闻出版广电局呼伦贝尔广播发射中心785台 内蒙古 牙克石 022150

本文论述了在新建发射台选址时如何建设高标准中波发射台，如何依据中波广播特点以及人口面积、行政规划覆盖和地质地貌进行地网铺设、机房与天调室设计及天线选用所需条件。

选址 地网 发射天线 调配网络

中波广播发射台是调幅广播的最后一个环节，对有效地扩大覆盖提高播出质量有着重要作用。建设一个新发射台从选址到基础设施建设，都要从理论上进行论证，在实践中按规范施工。

国内许多发射台建台历史较长，多建于城市郊区。随着城市建设迅猛发展和规模日见扩大，多数发射台已处于城市市区。电台周围的高大建筑影响了广播效果，同时对城市环境也造成一定的电磁污染。中波发射台移址重建势在必行。

1 中波发射台选址

建设高标准中波广播台一定要根据中波广播特点以及人口面积、行政规划覆盖等，结合实际调查，科学合理并反复研究论证后选择台址。

中波发射台建台以中波反射面各项主要技术参数为基础，要达到尽可能大覆盖必须考虑提高发射效率问题，合理选择台址对于提高天线辐射效率影响很大。中波广播传播特点是白天沿大地表面地波传播，虽然地波衰减较小，但有很强绕射能力，可以形成一个比较稳定服务区域，根据发射设备功率大小在林区和山区可达几十公里，在平原地区甚至达几百公里。夜间除靠大地表面地波传播和电波向空中发射后被电离层反射回地面形成天波传播，在很远地方又形成另外一个区域。但天波覆盖区非常不稳定常有衰落现象，也会随着季节和时间变化而变化。因此需进行以下方面考虑。

首先，要考虑地质性能。地面电气特性对于发射电波和地波在不同地面传播电场强度有很大区别，要考虑因素有：服务范围、大地常数和地势。特别是在发射台周围地形地导率对天线发射效率的影响。地形一定要开阔平坦，必须在发射台周围地导率要高以提高发射效果。地形对地导率的影响数值，如表1。

表1 地导系数一般估算值

选址中既不能干扰附近已建有线和无线通信设施，还应符合电磁环境要求，不能被其他无线电设施所干扰。此外，要远离大功率机器、油库、高大建筑物场、飞机起落航线管制区、高压输电塔等以防止电磁损耗。

2 技术区域和机房

技术区域和机房设计施工应符合广播电视工程规范。必须要充分考虑减小噪声、发射机启动控制以及防止灰尘。新建发射台以发射机数量和功率来确定主机房规模等级，应考虑采用微机控制机房设微机控制室并进行屏蔽。使用微机控制台可以自动化控制播出比提高播出质量，可以减少人为造成的播出事故。主机房安装设计施工建筑净高装修后，天花板至地面高度要达到4～5米，机房宽敞明亮且通风较好。设计时要充分考虑电源、馈管、信号线接入，应设计为上下夹层最好机房内看不到过多同轴开关和馈管，地线、供电线等维护非常安全方便。中波发射台技术区域和机房有主机房和一个天调室，两者相距几十米，用馈管连接时电长度应避开1/4工作波长。

天调室安装调配网络也是机房的重要部分，是天线输入阻抗经匹配网络转换后相当于馈管特性阻抗，即终端匹配和调配网络具有滤波性能，只能让工作频率通过对其它频率，特别是工作频率高次谐波有较大衰减作用。若滤波性能差则发射机谐波衰减小将有较强辐射，其他中波发射机通过天线会收到发射机较强信号甚至带来明显干扰。设计调试好调配网络对提高发射效率改善播出质量十分重要。

应根据共塔工作情况、功率及工作频率来决定天调室的面积大小。室内六面内壁须采取屏蔽措施，应备有防盗报警装置、交流电源及照明。天调室应合理设计大小，否则会带来网络分布参数增大影响网络稳定。注意调配网络防热、防雷和通风问题，温度变数会影响网络中的电容增加了网络的不稳定性。在天线塔和天调室需用围墙围住，以保护天线设施和防止人员接触，确保设备及人身安全。

3 地网与发射天线

发射天线是能量转换装置，将发射机提供高频已调电流能量变成电磁波能量并辐射到天空。标准发射台发射天线多采用对地绝缘铁塔。对地绝缘铁塔天线根据工作频率决定其高度。天线机械长度从理论上讲，0.53λ长度效率最高即天线最佳高度。在实践中，中波广播高频段可以做到0.53λ长度，但在低频段由于受资金、场地面积等因数制约，大多采用1/4λ长度。除考虑天线长度还要注意天线位置。一个发射台根据频率多少，架设两座到三座铁塔，需慎重确定两铁塔间距离。单桅杆非定向天线塔间距离大于1λ，不宜取1/4λ塔距。电磁波沿地面传播中垂直极化波其电场方向与大地垂直损耗低于水平极化波损耗，因此，中波天线多采用矗立于大地的垂直天线来获取垂直极化电磁波。

中波发射天线主要有四类：（1）细截面垂直天线，即T型和倒L型天线。（2）底部绝缘拉绳铁塔天线，即桅杆天线。（3）自立式铁塔天线，包含有底部绝缘和底部接地λ/4并馈式自立铁塔天线。（4）电小天线，天线高度H≤λ/2π，λ为工作波长。

细截面垂直天线是由一根铜导线或数根铜导线绞合组成，悬挂于两支撑物之间，支撑物是木杆或是带绝缘钢支架。沿天线导体电流分布可视为正弦分布，该天线主要用于小功率发射机。

底部绝缘拉绳铁塔天线是用钢丝绳固定，为了避免钢丝绳对电气影响，在钢丝绳上用绝缘子将之分成数段互相隔开。底部绝缘拉绳铁塔天线由于其结构特点，高度可以做到工作波长1/2～5/8之间；根据天线特性阻抗图频率低（531～810 KHz），功率大（100KW～2000KW），通过增加塔高和塔宽改善输入阻抗，使输入阻抗提升，满足输入电流和输入电压达到合理值满足发射需求，同时在塔底以塔为中心地面下（30～50cm）敷设有辐射状地网（60～120根；长度约为0.3～0.5λ），因而有较高辐射效率和良好辐射图形。如图1所示。

图1 底部绝缘拉绳铁塔天线输入阻抗和天线输入阻抗比较

在这种塔上既可以承受大功率工作，也可以在其上实现双频或三频共塔工作。共塔频率愈多，其网络损耗愈大，机器发射效果愈差。如果发射功率大（100～2000KW），频率高（1008～1602KHz），通过减少塔高和增加塔宽来改善输入阻抗，使输入阻抗降低满足输入电流和输入电压达到一定的合理值满足发射需求。

对于中小功率低频段用拉绳铁塔，其铁塔高度H＜λ/4，输入阻抗容抗变大电阻部分变小，天线辐射效率降低工作频带变窄。采用的补救办法是在天线顶部拉线作为顶负荷增加天线有效高度，以提高天线辐射效率和加大天线辐射电阻。顶负荷拉线是120°分布，长度不宜大于1/2塔高。

早期自立塔用作支撑T型、倒L型天线，后来才演变出底部绝缘和底部接地λ/4馈电自立塔。因期具有较高辐射效率和良好辐射图形，减少了拉绳占用土地及其维护工作量，避免了因拉绳故障而倒塔的风险。其高度一般在130米以下，在低频点（531～810KHz）上输入电流偏大、天线耗损增大和特性阻抗偏低，不利于大功率发射。在其它频点通过改变塔高来满足大功率发射需要。

自立塔实现双频共塔工作其功率容量可达到200KW。接地自立塔高度一般在100米以上，其独特优点是在其顶部可以安装FM和TV天线，可以一塔多用，但无法满足大功率发射需要。

电小中波发射天线在国内多数为锥面顶负荷小天线，天线底部设有高频地井，并敷设辐射状短地网长度≤15米。在当前土地使用紧张地价及原材料昂贵形势下，可采用小天线套筒式宽频带锥面顶负荷中波小型发射天线，功率可达1～200KW。小天线有其独特性能，工作频带宽、高度低、地面积小、防雷和抗风性能好、维护工作量小和结构美观等优点，可实现双频共塔。

一般小天线与高度＞λ/4拉绳铁塔天线相比较有其特有缺点，即辐射电阻Rr小、输入容抗（Xc）较高、Q值高，因而带宽较窄。为了实现发射机和天线之间匹配，需引入适当补偿网络消除输入容抗，以满足整个系统谐振条件。

由于天线底部电流大带来较大损耗，由天线效率ηA定义可知：

当辐射电阻Rr较小，损耗电阻RL（包括地损耗和调配网络损耗）较大时，天线效率降低。

套筒式宽频带锥面顶负荷中波小型发射天线，采用新型上锥顶负荷发射体和自立式发射体相结合的结构，提高了电抗分量，降低了天线辐射电阻，拓展了天线工作带宽。对地网实施电感加载和电容，在电脑上利用Smith导抗圆图软件反复推演得出最优化调配网络，拓宽了工作带宽和降低了损耗，使发射机边带功率有效从天线辐射到空间。

4 中波天线效率

首先要明确一个界限，即限制在天线底部半个波长以内，当距离大于半个波长时属于辐射场。在这以外损耗属于电波传播损耗，不再是天线效率问题。

影响中波天线效率的主要因素：导体损耗、绝缘子介质损耗、垂直接地天线损耗——地损耗。在以上三种损耗中，理论和实践证明导体损耗比较小；绝缘子介电损耗，由于在天线设备中均用高频瓷，这种损耗也比较小；影响天线效率主要因素是地损耗。

若以天线为中心，在地面上与天线距离为a到y1区域中，如图2所示，大地功率损耗为：

J 为地电流密度

地损耗电阻为：

图2 计算大地损耗说明

若以天线底部为中心，按《广播电视工程建设规范》第3.1.3条规定，敷设一均匀分布的径向地网，则在地网范围内的总耗损为：

式中N为地网根数，u为导磁率，Iy为径向电流，Ib为天线底部电流，a为天线底部接地棒半径。由于地损原因，天线效率表示式为：

式中，Rb为天线底部或电流波腹点辐射电阻，RL为地损耗电阻。

从ηb公式中看出ηb决定于的比值，例如实测得天线塔底阻抗实部为22Ω，其中含地损耗电阻RL≈2Ω，则天线效率ηb=90%。总之，天线辐射电阻Rb值愈大，地损耗电阻RL越小则天线的效率越高。

当天线高度大于λ/8时，垂直接地天线的辐射电阻表示式为：

E=0.57721 （欧拉常数）

从式中看出，当天线高度已定，Rb即确定。

式中N为地网根数，u为导磁率，Iy为经向电流，Ib为天线底部电流，a为天线底部接地棒半径。

从上式看出在其他条件已定情况下，要减小R1，就要在接地系统上采取增加地网根数加大接地棒半径。如何敷设地网《广播电视工程建设规范》第3.1.3条规定，“桅杆天线必须敷设地网。地网自桅杆中心向四周作辐射状敷设相邻导线夹角相等。”地网导线根数每根长度应符合表2规定。

表2 地网导线根数和导线长度值

地网导线埋设深度一般为300mm，在耕地上可加深到500mm，但在桅杆中心向外0.1λ以内，应埋深300mm。根据上述原则，在地网设计施工中要认真做到：（1）以铁塔基础为中心在靠近地表处敷设一均匀分布径向辐射地网。（2）地网根数为120根夹角平均为3°，最佳长度为工作频率的二分之一波长，铜线用φ3.0硬铜线埋设深度300mm耕地处为500mm。（3）地网终端用较粗铜线连接起来。（4）天线座底座基础全部用铜带屏蔽，屏蔽层和基础四周汇流条焊接在一起。汇流条用铜条或较粗铜线做成，地网始端导线应均匀分布并焊接在此汇流条上。（5）在天线基础底部打入一根接地铜棒直径要粗一些，打入地中要深一些达到电流的集肤深度一般在3米左右。

实践中一些具体问题由于环境等一些条件限制，在中波广播低频段地网铜线长度很难达到工作频率二分之一波长，可在终端打入一接地棒，其深度应等于电流集肤深度。在施工中可根据土壤实际情况打入3～4米铁桩，然后和地网焊接起来。

若受环境限制地网根数不能达到120根，可均匀减少地网根数但最少不能少于15根，地网深度在塔基周围0.1λ以内要埋得浅一些。在建设天调室和铁塔围墙时，要注意保护地网。

5 发射台天线选用

当前由于土地使用日趋紧张地价昂贵，标准拉绳铁塔及其地网占地面积大工程量及维修量大等因素，新建台已不再专一使用它。多数新建台采用自立塔搭配小天线办法。底部绝缘的自立塔，有着较高的辐射效率和良好辐射图形，减少了拉绳占用土地和维修工作量，避免了因拉绳故障而倒塔的风险，可以双频共塔工作最大功率容量为200KW。

套筒式宽频带锥面顶负荷中波小型发射天线占地面积小、高度低、工作频带宽、防雷及抗风性能好、结构坚固美观且能实现双频共塔工作。小天线有良好的地井及密集短地网（长度约为0.05λ）。地损耗电阻较小天线效率相对较高。与76米拉绳塔相比，实测其近区场强偏低1～2dB,而远区场强则略高1～2dB。

编 辑：乌日山

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2096-0751（2017）08-0017-06

白智彪 内蒙古新闻出版广电局呼伦贝尔广播发射中心台785台 工程师

审稿人：严志刚 内蒙古新闻出版广电局包头广播发射中心台 正高级工程师

责任编辑：王学敏