中波轉播臺天線淺談

劉建軍　李曉楓

【摘 要】中波廣播發射天線直接關系影響或者決定著中波廣播覆蓋的效果和質量，科學技術的進步推動中波廣播發射天線的變革創新，由傳統的直接絕緣接地斜拉線桅桿式中波發射天線到加頂斜拉線桅桿中波發射天線、自立塔天線、雙錐頂負荷中波小天線、套筒式中波小天線等，各類型中波發射天線在中波廣播發射實際中各有特色，結合本單位實際設備、場區、天線效率、地質地損等情況綜合考量、科學選擇應用。

【關鍵詞】天線效率；覆蓋效果；地電流；地損；緩變原理

中波廣播技術誕生至今近100年的歷史，中波廣播技術得以充足的發展和完善，成為廣播家族中常青的一只奇葩。筆者從事中波廣播發射工作三十多年，扎根多個中波轉播臺技術崗位，切身感受到中波廣播的覆蓋效果、播出質量與信號源、音頻信號接收機、音頻信號處理器、中波發射機、天饋線、天調網絡、中波發射天線等息息相關。隨著電子技術日新月異的發展，從電子管到晶體管、從獨立元件到集成電路和大規模集成電路、從模擬電路到數字電路諸技術的科技進步，信號源、音頻信號接收機、音頻信號處理器、中波發射機諸設備性能功效得以極致完美發展，促進了中波廣播質量不斷提升。但是，無論多么先進的信號系統、發射機設備，如果沒有理想的末端輻射設備——中波廣播發射天線，優質中波廣播只能半途而廢。近十幾年，中波發射天線也取得了長足的發展，現將筆者關于中波發射天線的拙見淺述，以供指教參見。

眾所周知，中波廣播的頻率范圍531KHz——1602 KHz，相對應的波長約565米——187米，中波廣播主要以地波傳播為主，夜間因電離層反射會以天波傳播，夜間比白天傳播距離遠。由于中波主要靠地波傳播，而地波采取垂直極化波傳播，所以中波發射天線均為垂直天線。中波發射天線經常采取導線天線或鐵塔天線，非特別要求狀況下不采取定向天線，多數情況下采取單根垂直絕緣接地天線，這種天線的方向性圖在水平面上是個圓，符合廣播天線的技術要求，天線的終端開路，是駐波天線。天線上電流可以看作是按正弦規律分布、天線末端為電流的節點。中波天線的效率一般為70%—80%，作用是把傳輸線（饋管）輸送來的發射機輸出的能量高效率地輻射到空間中去。

目前許多中波轉播臺扔在使用鐵塔+拉線+地網的傳統天線系統，這種拉線桅桿式中波發射天線的高度在76——120米，周邊地下360°鋪設長度與鐵塔高度相當的地網，常采取每3度一根直徑2.5至3mm紫銅線、埋深300mm——500mm，天線周邊共120根，銅線長1/2波長即可，最好超出天線頂部在地面上的投影范圍，并在紫銅線末端加打接地樁，所有地樁用相同與地網的紫銅線圓周界限連接，工藝要求銅焊可靠連接。根據天線場區具體情況，地網鋪設的紫銅線30——150根可選。

中波發射天線的效率直接影響中波廣播的覆蓋范圍和效果，天線的損失包括：銅損失、絕緣損失和地損三種。其中銅損失和絕緣損失因損失量極小，可忽略不計。地損是中波發射天線的主要損失，因為地面是中波天線的回路，當地電流通過地面時就會產生損耗，地損主要集中在天線的底部附近，鋪設地網可實現減小地損、提高天線效率。

因地形地貌和其它因素限制，部分中波發射天線只有60m高，甚至有的更低，無法滿足中波廣播輻射的技術要求。天線是一個能量轉換設備，天線以交變電動勢饋電，天線周邊空間便產生感應場和輻射場，輻射場的能量為受眾提供有用的無線電信號，而感應場能量會在天線周圍的損耗介質（土壤）產生熱損耗。天線的效率就是天線的輻射功率與天線的輸入功率（感應功率+輻射功率）之比，當天線的長度可以和工作波長比擬時，天線的效率一般比較高，如果無法滿足這個條件，為了增加輻射，可以在天線末端加頂，加頂的作用是提高電流分布的腹點，從而增加輻射，同時，在天線末端加頂，還可以加大天線的對地電容、電流分布均勻、縮短天線高度、提高輻射電阻。天線效率 =RA/RA+ Ri 其中RA是 輻射電阻，故提高輻射電阻就是提高天線效率。

傳統的拉線桅桿式中波發射天線高度為工作波長的1/4至1/2， 地網需360°鋪設，一個中小功率的中波臺占地30——140畝，中波廣播發射機放及供配電室和辦公用房加在一起，最多占10%的土地，而中波發射天線場區占據中波臺90%的土地面積。在土地資源稀缺的今天，建一幅傳統的拉線桅桿式中波發射天線只能是夢想。另外，傳統的拉線桅桿式中波發射天線因高度太大，日常維護危險性大，易遭受雷電侵害，尤其雷雨天氣防雷難度大、意外多，且地網保護難度大。

面對土地稀缺和維護傳統中波天線危險性高、地網保護難的癥結，錐面頂負荷中波小天線脫穎而出。

錐面頂負荷中波小天線最大的優點是實現了中波天線的小型化。它的高度只有工作波長的8%、即36m左右，占地面積可縮至100m2。我們知道錐面緩變原理：天線自發射體向錐面以小于90°方向過度，減小了終端反射，因錐體較大而對地形成一定值的電抗、提升容抗，故天線的諧振點下移，可有效降低天線的高度。斜面7m的錐體，其有效高度可達40m。再計加垂直發射體高度，可使錐面頂負荷中波小天線有效高度達76m。由天線的長細比原理可知：振子天線的輸入阻抗隨電長度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，輸入阻抗隨電長度的變化愈激烈、天線的阻抗帶寬愈窄；相反，特性阻抗越小，天線的阻抗帶寬愈寬。振子天線的特性阻抗主要取決于長細比L/a，其中L是天線振子臂的長度、a是天線臂的半徑。長細比越大，天線的特性阻抗越大，故而，在同長度時，粗振子天線具有寬的工作帶寬。增加發射體的直徑或寬度，亦是有效提高天線帶寬。

通過多年使用兩類中波天線，總結一些錐面頂負荷中波小天線的特點，請指教：

1）錐面頂負荷中波小天線的增益高，地波場強穩定性好，天波分量大，遠場區輻射場強優于傳統斜拉線桅桿式中波發射天線。

2）電磁輻射污染低、互耦低。10Kw的錐面頂負荷中波小天線對距離50米的中波發射機（DAM型、PDM型）影響遠小于傳統的中波天線（76米——120米）。

3）小天線帶寬更寬，載波VSWR小于1.25時，帶寬10KHz； 載波VSWR小于1.5時， 帶寬20KHz.

4）匹配阻抗有50歐姆、75歐姆、150歐姆、230歐姆可供選擇，天線調配室可與天線合為一體，便于維護。

5）錐面頂負荷中波小天線輕便小巧，安裝簡單、可架設在房頂或機房附近，維護方便安全，不受航空管制，防雷避雷性好。

6）根據錐面緩變原理、天線長細比原理，錐面頂負荷中波小天線降低了終端反射和諧振頻率、降低了天線的阻抗變化率、提升了天線的帶寬，減少發射機過壓故障。

隨著廣播技術的飛速發展，新思路新觀點不斷涌現。眾所周知，我們經常使用的中波接收機是不需要地網的，依據收發互易原理，中波發射天線也可以不需要地網。基于這種觀點，衍生出了套筒式錐面頂負荷中波小天線和雙錐面頂負荷中波小天線，這些小天線都是利用錐面緩變原理、天線長細比原理及垂直天線分布參數和集總參數加載原理有機的、合理的融合產生的一種新型天線，它既符合傳統天線理論，又符合當前提出的一些新的理念，但是小天線的基礎理論依然是麥克維斯方程和波印廷矢量。套筒式中波小天線的創新點是利用套筒天線理論，提高輸入電阻和輻射電阻，降低阻抗變化率，從而提高天線帶寬。

無論是那種中波小天線，都必須匹配天調網絡。加裝了錐面頂負荷的中波小天線在低端輸入阻抗得到了提升，匹配網絡中的電流有所降低。這對于匹配網絡中的電感、電容而言，電流容量有所降低，器件減少了發熱和損毀，相應天線的效率得到提升、雜散輻射得以抑制。天調網絡中應滿足：

1）阻塞網絡 切實發揮阻塞工作頻率以外的頻率廣播及拓寬帶寬的功能，串聯諧振在本頻上，并聯諧振在它頻上，起通本頻阻它頻作用。

2）匹配使用T型網絡，這樣既能起到移相作用，又有阻抗匹配作用，還有放雷功效。

3）吸收網絡建議采取串并聯設計方案，這樣既能吸收它頻的干擾，又對天線帶寬起到補償作用。

4）放雷避雷一定要采用石墨放電球裝置，石墨放電球能泄放大電流雷電，泄放時只是掉一些石墨粉，石墨放電球不會損壞。

5）預調網絡需加微亨級雷電泄放電感線圈，它既能泄放雷電的低頻部分，又能提升天線的阻抗，還能拓寬天線的帶寬

6）設計時要盡量減小天線的電抗分量，提高天線的Q值。

以上是筆者多年中波轉播臺技術工作經驗的總結，因個人水平有限，不周之處敬請各位專家同仁指教。

[責任編輯：楊玉潔]