[摘要] 新建中波天線時(shí)，在天線高度受到限制的情況下，既要滿足現(xiàn)在播出的需要，又要滿足未來(lái)數(shù)字化播出的要求，播出帶寬要達(dá)到40KHZ以上，天線選型是個(gè)難題；通過(guò)對(duì)各種類(lèi)型中波天線技術(shù)參數(shù)特性的分析比對(duì)，選擇建設(shè)76米錐面頂負(fù)荷自立式天線，后經(jīng)實(shí)際播出后的技術(shù)參數(shù)測(cè)量驗(yàn)證，證明該方案是可行的，是一種很好的選擇。

　　[關(guān)鍵詞] 中波天線，寬頻帶，測(cè)量驗(yàn)證，頂負(fù)荷，自立式

引言

　　近幾年隨著城市的發(fā)展，中波發(fā)射臺(tái)的搬遷已成為常態(tài)。中波發(fā)射臺(tái)搬遷的關(guān)鍵工作在中波天線的選型和布局規(guī)劃，下面將就榆林中波臺(tái)搬遷建設(shè)中天線的選型和應(yīng)用實(shí)踐,以及一些體會(huì)作簡(jiǎn)單介紹。

天線的技術(shù)要求

　　榆林中波臺(tái)擔(dān)負(fù)著三套中波廣播節(jié)目的播出任務(wù)，建于上世紀(jì)70年代末，由于老臺(tái)址所在地已成為城市中心區(qū)，所以實(shí)施了搬遷。新址的選擇按照GY 5069-2001《中波、短波發(fā)射塔場(chǎng)地選擇標(biāo)準(zhǔn)》及榆林市區(qū)可用地限制條件，在保證原覆蓋區(qū)不變的條件下，最后確定新址在東沙生態(tài)公園的永久綠地內(nèi)。天線的選型受下面的條件約束：

　　1.1高度受限

　　由于新臺(tái)址與榆林市機(jī)場(chǎng)跑道中心線的垂直距離問(wèn)題，以及新址地勢(shì)較高，所以天線的高度受限制，只能選擇建100米以下的中波發(fā)射天線。

　　1.2功能要求

　　1.雙頻共塔：榆林臺(tái)的規(guī)劃播出頻率有4個(gè)693KHz、855 KHz、1143 KHz、1359 KHz，實(shí)際播出3個(gè)頻率；老臺(tái)址有3座發(fā)射塔，都是單頻單塔播出；新址受土地限制只能建2座發(fā)射塔，所以必須雙頻共塔播出。

　　2.滿足中波數(shù)字化播出要求：考慮到中波廣播的發(fā)展需求，數(shù)字化是必然趨勢(shì)，所以新天線必須是寬頻帶的，尤其是在700KHz以下的波段，播出帶寬要達(dá)到40KHz以上。

　　3.天線系統(tǒng)參數(shù)受天氣的影響要盡可能小：新址所在地為沙土地，下雨天和晴天的地導(dǎo)系數(shù)差別大，一年四季的地導(dǎo)系數(shù)也有很大差別，帶來(lái)的問(wèn)題是匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，以及播出質(zhì)量和安全的隱患，所以新天線系統(tǒng)要較好地解決此問(wèn)題。

天線的選型

　　可供選擇的中波天線有拉線式、自立式、并饋式和頂負(fù)荷式等；由于是新建臺(tái)，需要確保長(zhǎng)久高質(zhì)量安全播出的原因，所以天線應(yīng)盡可能的高，76米以下的小天線不作考慮。

　　2.1各型中波天線的簡(jiǎn)要技術(shù)特點(diǎn)：

　　1.拉線式：底部絕緣，高度可以做到1/2-5/8波長(zhǎng)之間，通過(guò)塔高和塔寬的改變可以使輸入阻抗得到合理值，塔底要鋪設(shè)地網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)二頻、三頻、甚至4頻共塔；缺點(diǎn)是占用土地面積大，維護(hù)周期短，并且難度大等。

　　2.傳統(tǒng)自立式：底部絕緣，高度可以做到1/2波長(zhǎng)，通過(guò)改變塔高可滿足200KW以上的大功率播出，塔底要鋪設(shè)地網(wǎng)，也可實(shí)現(xiàn)雙頻、三頻共塔；占地面積小，維護(hù)容易。

　　3.并饋式：底部接地，防雷效果好，大功率播出容易實(shí)現(xiàn)，塔底要鋪設(shè)地網(wǎng)，另外可在其上安裝FM、TV天線實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用；缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)雙頻共塔難度大、效果不理想，投資大，施工難度大。

　　4.新型錐面頂負(fù)荷天線：是咸陽(yáng)廣通電子科技有限公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)的新型天線，是專(zhuān)利產(chǎn)品；是傳統(tǒng)自立式天線和并饋式天線的改進(jìn)型，頂部加錐型頂負(fù)荷體，塔體中間接地；其突出的技術(shù)特點(diǎn)是頻帶寬，防雷效果好，76米就可實(shí)現(xiàn)200KW的大功率播出，雙頻共塔實(shí)現(xiàn)容易、效果好。

　　鑒于以上情況，我們?cè)谶x擇榆林臺(tái)發(fā)射天線時(shí)將76米（或100米）傳統(tǒng)自立式和76米新型錐面頂負(fù)荷自立式天線作為備選方案，并對(duì)它們的參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。

　　2.2傳統(tǒng)76米自立式和錐面頂負(fù)荷76米自立式天線的阻抗對(duì)比

    錐面頂負(fù)荷76米自立式天線阻抗值由咸陽(yáng)廣通電子科技有限公司提供，76米自立塔阻抗值由實(shí)際測(cè)量獲得，阻抗對(duì)比值及變化曲線見(jiàn)下表1和圖1：

表1  76米傳統(tǒng)自立式與76米錐面頂負(fù)荷自立式天線阻抗對(duì)比表

圖1 傳統(tǒng)自立式76米與錐面頂負(fù)荷76米天線阻抗變化圖

　　2.3傳統(tǒng)120米自立式和76米錐面頂負(fù)荷自立式天線的阻抗對(duì)比

　　120米自立塔阻抗值由實(shí)際測(cè)量獲得，錐面頂負(fù)荷76米自立式天線阻抗值由廠家提供，具體阻抗對(duì)比值及變化曲線見(jiàn)下表2和圖2：

表2 120米傳統(tǒng)自立式與76米錐面頂負(fù)荷自立式天線阻抗對(duì)比表

圖1 傳統(tǒng)自立式120米與錐面頂負(fù)荷76米天線阻抗變化圖

　　從上面的兩組天線阻抗數(shù)據(jù)及圖形對(duì)比可以看出，在中波全頻段530KHz-1602KHz范圍內(nèi)，76米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線阻抗特性和帶寬明顯優(yōu)于76米自立式中波天線；與120米自立式中波天線相比其阻抗變化范圍小，也有一定優(yōu)勢(shì)；可確保在任何一個(gè)頻點(diǎn)上面都能很好的實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；在駐波比≤1.25時(shí)，帶寬達(dá)到40khz以上。

　　2.4新型 76米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線（結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3）的原理簡(jiǎn)析

　　1．利用錐面緩變?cè)恚档徒K端反射和諧振頻率，天線的長(zhǎng)度雖然變小，但也不影響天線的效率。

　　2．利用天線長(zhǎng)細(xì)比原理，降低阻抗的變化率，提升天線帶寬。根據(jù)天線的長(zhǎng)細(xì)比原理，振子天線的輸入阻抗隨電長(zhǎng)度而變化的劇烈程度主要取決于天線的特性阻抗。特性阻抗越大，輸入阻抗隨電長(zhǎng)度的變化就越激烈，天線的阻抗帶寬就越窄；反之，特性阻抗越小，天線的阻抗帶寬就越寬。振子天線的特性阻抗主要取決于長(zhǎng)細(xì)比，即Ω=2㏑(2L/a)，其中L是天線振子臂的長(zhǎng)度，ａ是天線臂的半徑。Ω越大，天線的特性阻抗就越大，因此，在同樣長(zhǎng)度條件下，粗振子天線具有較寬的工作帶寬。粗振子有較低的特性阻抗，而不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)形式可以起到類(lèi)似電路中的參差調(diào)諧的作用，從而有效地展寬阻抗帶寬。

　　3．利用串、并聯(lián)加載技術(shù)調(diào)整天線輸入阻抗，提升天線發(fā)射效率。在錐面頂負(fù)荷天線的中部某點(diǎn)處加入一定數(shù)值的電感就構(gòu)成了電感加載，該電感可以抵消該點(diǎn)以上線段對(duì)該點(diǎn)所呈現(xiàn)的容抗的一部分，從而增大加感以下天線部分的電流。顯然它對(duì)加感以上部分以上的電流分布不起作用。加感線圈放置在天線的中部可獲得最大的效率增益。

　　4．利用并饋技術(shù)改善天線與網(wǎng)絡(luò)、饋線的匹配難度。除在錐面頂負(fù)荷天線底部并饋外，也可在天線頂端饋電，饋電點(diǎn)在錐面頂和垂直接地線的頂端之間，垂直線的接地端是電流波腹點(diǎn)。這種饋入方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)天線的集合高度低于λ/4時(shí)，垂直線段上的電流分布比較均勻，有效高度接近幾何高度，在天線輸入端為一感抗（垂直接地線）和一容抗（傘頂）相并聯(lián)，如選擇適當(dāng)，可很好地與饋線匹配。

圖3錐面頂負(fù)荷自立式中波天線結(jié)構(gòu)示意圖

　　5．利用雙錐天線理論，提高輻射電阻，提高了小天線的帶寬。對(duì)于無(wú)限長(zhǎng)的雙錐天線，由于只有TEM波傳輸，而且沒(méi)有反射，因而其輸入阻抗即為雙錐天線的特性阻抗，即

　　Zin＝Zc＝120㏑ctg(θ0/2)

　　上式適用于對(duì)稱(chēng)雙錐天線。置于理想導(dǎo)電面上的直立單圓錐天線的輸入阻抗是對(duì)稱(chēng)雙錐天線的一半，即

　　Zin＝Zc＝60㏑ctg(θ0/2)    如下圖4  

圖4 無(wú)限長(zhǎng)雙錐和單錐的特性阻抗圖

　　雙錐天線的輸入阻抗和圓柱偶極子天線相類(lèi)似，隨電長(zhǎng)度的變化十分劇烈，因而小錐角雙錐天線不具有寬頻帶特性。如果錐角夠大，圓錐天線的輸入阻抗和輸入電抗隨k0h的變化都十分平緩，尤其是在2θ0接近90°時(shí)，這種天線的輸入電抗在k0h＞л/2以后幾乎為零，其輸入阻抗接近50Ω，因而這種天線具有很寬的阻抗帶寬。

　　因?yàn)樯厦嫠鲈颍?6米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線與現(xiàn)有傳統(tǒng)中波發(fā)射天線相比，能提高天線的輻射電阻，降低電抗分量，拓展天線帶寬到40KHz，使天線的輻射效率提高，完全可以滿足中波數(shù)字廣播的播出要求。

　　綜合分析以上各種情況后，我們選擇建設(shè)新型76米錐面頂負(fù)荷自立式天線，這樣既能滿足現(xiàn)在播出的需要，又能為以后數(shù)字播出的需要，以及可能的功率提升的需要做好準(zhǔn)備。

3  天線的建設(shè)實(shí)施及效果

　　3.1天饋線系統(tǒng)建設(shè)時(shí)采取的相應(yīng)措施

　　由于榆林臺(tái)新址是沙土地，電導(dǎo)率低，為了降低地?fù)p耗，降低氣候變化對(duì)天線電參數(shù)的影響，地網(wǎng)敷設(shè)時(shí)，除了嚴(yán)格按照《廣播電視工程建設(shè)規(guī)范》第3.1.3條規(guī)定實(shí)施外，我們還采取了以下措施：

　　1.為了提高土壤導(dǎo)電率，在天線場(chǎng)區(qū)覆蓋了50CM厚的黃土。

　　2.地網(wǎng)埋設(shè)深度30CM，用∮3.0的硬銅線，輔設(shè)120根。

　　3.由于地網(wǎng)線的長(zhǎng)度不到工作頻率的二分之一波長(zhǎng)，所以在終端打入3.5米接地棒，并與地網(wǎng)焊接起來(lái)。

　　3.2 工程效果

　　1.建成后的76米錐面頂負(fù)荷自立式中波天線的實(shí)景見(jiàn)下圖5：

圖5 實(shí)景圖

　　2.建成后我們進(jìn)行了天線參數(shù)的實(shí)際測(cè)量，與廠方提供參數(shù)基本一致；天線具有寬頻帶特性，在中波全頻段，帶寬可達(dá)40KHz以上；天線阻抗變化率小；匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和調(diào)試相對(duì)比較容易，在任何一個(gè)頻點(diǎn)都能很好實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)匹配，尤其在低頻點(diǎn)及雙頻率共塔時(shí)，更顯優(yōu)勢(shì)。

　　3.天線投入使用已經(jīng)一年多，期間我們進(jìn)行了4次的參數(shù)測(cè)試和2次覆蓋區(qū)內(nèi)的實(shí)際覆蓋場(chǎng)強(qiáng)收測(cè)；發(fā)現(xiàn)天線的阻抗數(shù)值變化比較小，匹配網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有再調(diào)整，播出也一直很穩(wěn)定；信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)穩(wěn)定，優(yōu)于原有76米拉線塔的播出效果；完全達(dá)到了初建時(shí)的設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)76米錐面頂負(fù)荷自立式天線在榆林廣播轉(zhuǎn)播臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐，實(shí)際驗(yàn)證了它的技術(shù)特點(diǎn)：一是采用錐面頂負(fù)荷技術(shù)，提高了天線輸入阻抗；二是利用天線長(zhǎng)細(xì)比原理，降低了阻抗變化率，提升了天線帶寬；三是采用加錐頂和并饋接地技術(shù)，天線輸入阻抗合理，對(duì)于不同頻率不會(huì)產(chǎn)生大電流和高電壓，安全可靠。總之，76米錐面頂負(fù)荷自立式天線是新建中波天線時(shí)較好的選擇。

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