天線地網改造分析

李林 王雅楠

摘 要：為進一步提高中波發射信號質量，機房對1008KHz 發射機地網進行改造，本文簡述了地網敷設方式以及其敷設的重要性，通過理論分析對本次地網改造進行了技術論證。

關鍵詞：天線；地網；輻射場強；輻射效率；地損耗

1 改造背景

隨著城市化建設步伐的不斷加快，四號中波發射臺已經由原來的城市邊緣變為城市中心，發射場區被周圍新建的高層住宅以及廠區內日漸茂盛的樹木所包圍，為了進一步提高中波發射信號質量，增強輻射強度，擴大輻射范圍，達到收聽效果優質的服務要求，遂我們機房對1008KHz發射機的地網進行全面的改造。

2 地網敷設

1、中波廣播傳播的特點

中波廣播頻段的傳播主要有天波和地波兩種形式，主要以比較穩定的地波為主。另外，中波因為頻率較低，會使得地波隨著傳播距離的增加而逐漸的減弱，但是減弱的速度較慢，會形成一個比較穩定的中波廣播的信號接收服務區。地波服務區在數十公里至上百公里，地波服務的信號強度比較穩定。在沿地面傳播中，垂直極化波的損耗低于水平極化波的損耗，所以地波服務的中波都采用垂直極化天線，以獲得垂直極化的地面波。

2、敷設地網的重要性

在發射機功率和天線高度確定的條件下要想提高天線輻射場強，就要提高天線輻射效率，而影響輻射效率的主要因素是天線損耗。天線的損耗包括導體損耗、絕緣子損耗、地損耗。由于導體損耗、絕緣子損耗與地損耗相比極小，可忽略不計，因此我們只需要考慮地損耗的影響。而減少地損耗的方法是在天線底部敷設地網，良好的地網能為天線電流回流過程提供一個良好的通路，這樣就相當于在大地和天線之間跨接銅線，地損耗就會變小，天線輻射效率也隨之增加，場強增大。所以設計、敷設一個標準的地網，能減少地損耗，提高中波天線效率，擴大覆蓋面積。

3、敷設地網的方法

地網是以發射塔底部中心為圓心，以扇形狀均勻向外敷設，用φ2mm ～φ3mm 的銅導線每隔3°向外敷設一根地網線，數量為120根，地網的埋設深度一般為30cm ～50cm， 以不受破壞為原則。

3 地網不良的主要表現

1、天線輻射能量有一部分損失在地面造成發射功率不足，覆蓋范圍縮小。

2、主電場與副電場相位不一致，覆蓋區域變化、需覆蓋的區域覆蓋不了，不需覆蓋的區域又可收到信號。

3、天線的輻射阻抗和輸入阻抗也發生變化，使阻抗不匹配，給天線與饋線之間的匹配造成很大困難。

4、在發射天線接地端，如配備的安全地網不合標準，易造成發射機設備遭雷擊。

為了提高天線的輻射場強，提高覆蓋范圍，就必須盡量減小天線損耗，因此天線地網的建設不可小視。

4 地網改造理論分析

當某地區的有效地導系數為已知時，在距離發射天線r（km）處場強可由下式決定：

E（r）=E0（r）+P +GT （1）

E（r）：在距離r（km）處的場強值；E0（r）：1kw有效單極輻射功率時在距離r處的場強值；P：發射功率；GT：天線增益。

由上式可知，發射功率一定，提升天線增益，場強隨之增大。而天線增益和天線輻射效率有關。天線增益（GT）是天線理想增益（G0）與天線輻射效率（η）的乘積，如下所示：

GT=G0 xη （2）

天線輻射效率（η）是天線輻射功率（Pr）比上天線輻射功率與天線損耗功率（PL）之和，如下式所示。

η= Pr / （Pr + PL） （3）

在輻射功率恒定的條件下，損耗功率（PL）的大小直接影響天線效率（η）。綜合公式1，2，3可得出，降低損耗功率（PL）可提高天線輻射效率（η），輻射效率（η）提高天線增益GT隨之增加，從而達到提升場強E（r）的目的。

將公式3展開，得η=I2Rr/（I2Rr+I2RL），可得

η=Rr / （Rr + RL） （4）

將公式（2）代入公式（1），可得

E（r）=E0（r）+P+ 10logG0 + 10logη （5）

將公式（4）代入公式（5），可得

E（r）=E0（r）+P+10logG0+10log[Rr/（Rr + RL）] （6）

設改進前后的E（r）為E（r）前和E（r）后，則前后兩次的增益就可以通過公式（6）求得

E（r）后—E（r）前=10log[Rr/（Rr+RL后）]-10log[Rr/（Rr+RL前）]=10log[（Rr+ RL前）/（Rr+RL后）] （7）

由于地損耗電阻計算公式為

將相關參數帶入上式，可求得相應的地損耗電阻RL，再將其帶入公式（7）可計算出增益變化。

以塔高76m的輕型塔為例，天線輻射電阻為36.6Ω，地網半徑r為55m不變，提升地網根數N，從120根增加至240根，降低了地損耗RL，從0.78Ω降至0.25Ω，天線輻射效率η從94.80%提升到99.30%，對于提高天線輻射效率η是有效果的，本次機房地網改造是有可實施性的。

5 地網改造具體實施

根據上述理論分析為依據，本次改造機房在原有的120根銅線地網基礎上又加密鋪設了120根銅導線，鋪設方式為與原地網交錯鋪設，埋設深度為30cm，將這120個導線端點均勻焊在一條銅帶上，再將銅帶的兩端與天線塔底兩個地級進行焊接，以形成良好的傳遞渠道。除此之外，還將塔底生長較為茂盛的樹木進行了消冠處理，最大限度降低樹木遮擋造成的影響。這樣會有效地提升中波廣播發射的范圍，提高信號接收的質量。

本次改造以理論分析指導具體實踐，通過加密地網敷設的方式來降低地損耗，提高天線輻射效率，達到提升中波廣播發射的范圍和提高信號接收質量的最終目的。

6 結論

由于四號機房面臨著搬遷擴建的問題，所以本次地網研究分析不僅為1008KHz發射機地網改造提供了理論依據，也為今后新發射臺建設時，地網的敷設方式和具體的敷設參數選取提供了理論指導，所以本次研究是有著實際應用意義的。隨著城市化建設的不斷加快，中波廣播發射的效果會受到各方面的影響，我們一定要根據中波廣播傳播的特點查找影響中波廣播發射信號的因素，只有這樣才能更好地提高中波廣播的發射信號質量，達到更佳的收聽效果。

參考文獻

[1] 何大中 廣播電視技術手冊第1分冊——系統與覆蓋網

[2] 張學田 廣播電視技術手冊第6分冊——發射技術

[3] 李孝勖 廣播電視技術手冊第7分冊——天線

作者簡介

李林（1982-），女，天津，工程師，本科，研究方向：廣播電視技術。