中波自立塔低頻端調整技巧

□趙文武

中波臺搬遷成為當前城市建設一個不可回避的問題，全固態機的全面普及使得采用傳統的平衡拉線垂直塔式天線被自立式并饋塔式天線取代成為一種趨勢。自立塔占地面積小，外形美觀，尤其是并饋接地型的自立塔，其塔體底部直接接地，能起到有效的防雷作用，減少天線場區內設備遭受雷擊損失的概率。

自立塔按饋電方式分為串饋絕緣自立塔與并饋接地自立塔兩種，按幾何形狀又分為三面、四面、多面自立塔。底部絕緣的自立塔主要應用在中功率以下發射，因為塔基底部的絕緣柱要兼顧承受塔身自重和高壓絕緣，因此對于大功率及低頻段的中波發射多采用底部接地型自立塔。這種天線塔基底部直接與地電氣連接，對于雷電低頻能量起到有效泄放作用，高頻饋電采用并饋的傳輸方式。通過分布塔身周邊的導線將高頻信號饋入短路平臺。對于中波低頻率段，必須合理調整平臺高度的位置，獲得合適的底部阻抗特性。結合匹配網絡的設計來滿足發射指標，以達到邊帶駐波比指標要求，在架設與調整匹配網絡時存在一些技巧。

自立塔結構與工作原理

自立塔體外形結構與高壓電力輸送網支撐塔十分相似，以540KHZ 接地型自立塔為例，可以了解其結構特點和工作原理。

該頻率工作在中波段的低端下限，其四分之一波長就達到138 米，要滿足天線最小長度要求，塔體高度需達到138 米。架設這樣高度的天線難度大，且抗風等機械強度無法達到要求，因此必須綜合考慮天線輻射效率、發射指標、駐波比要求。這里采用塔高度為120 米，平臺以下可看作兩部分構成，一部分是由12 根銅包鋼導線環繞塔體四邊，匯聚于塔底的一個饋電圓盤，與調配網絡輸出連接，此部分等效天線輻射體。另一部分是自立塔自身的塔體，在電氣上直接接地。其作用既是自立塔的一部分，在有限高度內其高頻特性又等效于一個接地的電感jx。平臺下端的12 根導線分布在塔體的四邊，然后通過絕緣拉線固定在塔基底座附近且匯聚于塔底的一個匯接饋電圓盤。這樣，高頻饋送路徑為：調配網絡→匯接圓盤→導線→平臺→平臺上部。

根據傳輸線理論，平臺以下接地端實際等效阻抗為Zin，其計算式為：Zin=jx=jZOtgah。其中Zin 為平臺到接地端的輸入等效阻抗，a=2π/λ 為相移常數，h 為平臺下部接地塔體高度，ZO可看作是導線的特性阻抗。實際應用在540KHZ 頻率時，當h 高度小于1/4λ，無法滿足1/4λ 要求，因此平臺饋入點處對地等效并聯一個很大的電抗負載jx。Zin 可理解為隨長度變化的一個并聯電抗jx 一端接地時的輸入等效阻抗，當h 高度為1/4λ 時，其阻抗趨于無窮大。

這里采用四邊形塔體，每邊用3根導線，共計12 根成環狀接入平臺，高頻饋電點仍然在塔底部調配窗口。這12 根導線其實與平臺的上部塔體構成高度為H的發射體。

調整短路平臺位置

對于中波低端下限頻率，天線總高度有限的情況下，通過調整平臺的高度可以改變天線底部阻抗特性，優化調配網絡設計來影響邊帶反射及帶外抑制能力。簡化調配網絡設計，選擇合適的高度，有利于整體改善調配網絡特性，提高天線輻射效率。

前述所知，平臺高度既是h 長度值，h 長度直接反映天線并聯的電抗jx值，當高度提高時，可看作是一個變長終接短路線，天線在底部饋電點的等效阻抗變化隨著高度的增加而變化。120米自立接地塔實測阻抗值等效阻抗如圖。

在接地塔的頻率低端，其等效阻抗虛部值變化劇烈。對于全固態發射機來說，要滿足邊帶反射要求，必須在平臺接入高度與調配網絡的設計方面進行取舍。根據調配網絡設計要求，平臺高度h 設置在100.19 米。

通過ADS2012 軟件仿真，采用兩級低通匹配網絡來達到邊帶駐波比指標要求。當h 高度小于1/4λ 時，隨著h的變化，導線底部的饋電點等效阻抗既天線等效阻抗相當于并聯一個純電抗jX；平臺高度在小于0.25λ 時，隨著高度增加，ZO的實部R 增大，X 減小，在540KHZ 平臺高度100.19 米時，實測塔體底部饋電等效阻抗值為Zo=74-j72Ω。因此在調整低端調配網絡時，為滿足邊帶反射小，±7KHZ 駐波比小于1.25的技術指標的要求，采用二階低通濾波器兼阻抗變換的寬帶網絡進行匹配，有效抑制邊帶反射及旁頻干擾，確保發射機工作狀態穩定。

地網的鋪設

為減少地損失，應盡量降低地電阻，提高天線發射的效率，因此可以通過鋪設良好的地網來降低地阻損耗。地網由每3 度夾角一根3.0mm的銅線，共120 根，長度120 米的銅線在距離地面20cm-70cm的深度成輻射狀鋪設，在距離天線塔底20 米處橫向連接同心圓。場區為耕地軟土質，鋪設深度選擇50CM，可以更有效保護地網。

總結

中波自立接地塔占地面積小，使用技術條件成熟，其網絡匹配的選用也與拉線垂直塔類似，對于中波的低端頻率、饋電平臺高度選擇合適。通過設計多階低通結構的調配網絡，配合調整匹配網絡的濾波特性，能獲得良好的帶寬和匹配效果，滿足邊帶駐波比要求，提高帶外抑制能力，防止多頻干擾，獲得比較好的技術指標。自立接地塔良好的接地有利于全固態發射機的防雷泄放。在兼顧天線的發射效率及邊帶反射指標的同時，改善地網的接地電阻，可以使發射機獲得穩定的負載特性。

①李孝勖等：《廣播電視技術手第7 分冊-天線》。北京：國防工業出版社，1995.8。

②張丕灶等：《全固態PDM 中波廣播發送系統原理與維修》，北京：中國廣播電視出版社，1999.11。

③馮新宇等：《射頻電路設計與仿真》，北京：電子工業出版社，2014.1。