中波天線自動調(diào)配的一種探討

魁 斌

中波天線自動調(diào)配的一種探討

魁 斌

（作者單位：新疆新聞出版廣電局節(jié)傳中心）

傳統(tǒng)的中波天線系統(tǒng)需要有垂直天線塔體、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)、傳輸饋線主要三個方面組成。外界的溫度和濕度對發(fā)射空間的介質(zhì)有比較明顯的影響，同時由于天調(diào)網(wǎng)絡(luò)采用較大尺寸的空心電感和體積較大的電容，同樣受到外界溫度和空氣濕度的影響。這種情況往往會造成冬季較冷時天饋系統(tǒng)嚴(yán)重失諧，發(fā)射機(jī)很難與天饋系統(tǒng)匹配而產(chǎn)生發(fā)射機(jī)過荷保護(hù)等故障，這在許多中波臺幾乎是不可避免的事情。一年分季節(jié)總需要調(diào)整幾次以達(dá)到匹配狀態(tài)，此工作量較大，過程也比較繁瑣，有沒有既簡單又可靠成本還低的方法解決這一問題呢？筆者認(rèn)為小范圍地調(diào)整鐵塔天線的有效高度，克服因季節(jié)影響天饋線匹配造成的參數(shù)變化，可以使調(diào)整天饋匹配變得簡單有效。

中波天線；自動調(diào)配；阻抗；相位；趨向性

傳統(tǒng)中波天線絕大部分采用四分之一波長左右的諧振鐵塔天線，又以76m 和88m拉線鐵塔為主。雖近幾年有錐形等形式的中波小天線，但由于其發(fā)射效率、穩(wěn)定度等因素未能廣泛使用。目前，鐵塔中波天線依然被中波發(fā)射臺廣泛使用，有條件的臺站一年調(diào)整幾次天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，仍有許多中波臺沒有條件做此項(xiàng)工作。這給安全播出工作造成了很大的隱患。

筆者曾試圖設(shè)計(jì)一種天調(diào)網(wǎng)絡(luò)伺服自動調(diào)整系統(tǒng)，但是由于可調(diào)電容價格很高，電機(jī)傳動裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，又增加了不可靠因素，且造價偏高，無法適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要。

天線鐵塔阻抗Z=R+JX由實(shí)部電阻和虛部相位兩個物理量，當(dāng)發(fā)射空間介質(zhì)發(fā)射變化后實(shí)部R和虛部X也是相應(yīng)的變化的，就是說一年四季和早晚時段天線阻抗Z是變化的，只是變化的程度不同，四季緩變的參數(shù)會大很多，對系統(tǒng)的影響也大許多。這說明天線阻抗隨外界物理參數(shù)變化更加明顯。

此時應(yīng)從被動校正的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜工作里跳出來，從鐵塔天線上高度上找辦法。

1　鐵塔高度的變化對播出頻率所產(chǎn)生的阻抗變化情況

（1）R+Jx，此時虛部呈感性，天線增高，R增大，x增大。

（2）R-Jx，此時虛部呈容性，天線增高，R增大，x減小，-x則增大。

以上說明天線的增減高度，對于實(shí)部和虛部都是同向性的，這為改變天線高度調(diào)配阻抗帶來了希望。

2　改變多少高度才能克服外界物理參數(shù)對調(diào)配參數(shù)的影響

這個問題需要對實(shí)際測量取得和理論參數(shù)計(jì)算獲得進(jìn)行對比，大多使用的76m鐵塔是否可以取10％的高度作為調(diào)配的尺度，也就是取6～7m的長度作為可調(diào)范圍有著現(xiàn)實(shí)的意義。

理論上說就是天線高度會在69～76m之間，中點(diǎn)為72.5m作為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)匹配的實(shí)際高度。筆者隨意選擇了一幅中波鐵塔天線，在7m處引了一付銅線和鐵塔平行放置，底部懸空，暫不考慮鐵塔底部的7米的參數(shù)影響。選擇頻率639kHz分別在銅線的0m處測得Z=29-j80，3.5米處測得Z=21-j62，7m處測得Z= 16-j40，并將數(shù)據(jù)用50Ω阻抗歸一化見表1。

表1　不同長度的天線阻抗趨向

表1可見高度的變化對于天線的參數(shù)影響是很大的，通過圖1的a曲線可以很明顯地看出其變化范圍。表2分別是在冬季和夏季實(shí)際測得的639kHz的阻抗數(shù)據(jù)，在圖1中用b曲線表示。即圖1所示a為天線高度變化下阻抗趨向、b為季節(jié)變化時天線阻抗變化趨向。通過對比可以判斷季節(jié)造成天線阻抗的變化可以通過調(diào)配一定高度的天線高度來進(jìn)行修正。具體是將天調(diào)網(wǎng)絡(luò)與3.5m處連接，并且調(diào)配到理想狀態(tài)，當(dāng)外界溫度等發(fā)生變化時不用調(diào)整天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，只通過調(diào)配銅線的高度完全能保證天饋系統(tǒng)阻抗的匹配。

表2　76m天線冬夏阻抗對比

圖1　天線參數(shù)趨向圓圖

3　雙頻共塔情況下實(shí)現(xiàn)的依據(jù)

根據(jù)單頻網(wǎng)絡(luò)取值長度的趨向性，筆者又實(shí)測了雙頻共塔855kHz和1233kHz不同頻率的3個不同高度接點(diǎn)的阻抗取值見表3，它們有著明顯的一致性，在阻抗圓圖上阻抗的變化趨勢完全一致。將天調(diào)網(wǎng)絡(luò)與3.5m處連接調(diào)配到理想狀態(tài)，根據(jù)天氣變化的程度調(diào)配天線的高度，試驗(yàn)中采取早晚與中午作對比，冬季與夏季對比。通過調(diào)整高度都能在不調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的情況下保證不同頻率的發(fā)射機(jī)處于較好的匹配狀態(tài)。

表3　不同高度雙頻共塔天線阻抗

4　調(diào)配裝置設(shè)想

圖2增加了滑動軌道的雙向電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。通過機(jī)房的開關(guān)按鈕可以驅(qū)動電動機(jī)，滑動點(diǎn)變化可以上下改變天線的實(shí)際高度。同時在底部和頂部設(shè)置嵌位開關(guān)，以保護(hù)驅(qū)動電機(jī)。

圖2　中波垂直天線高度調(diào)配

5　智能伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

以上通過調(diào)整觸點(diǎn)位置改變天線的有效高度已達(dá)到較好的系統(tǒng)匹配，至于增大或是減小完全憑借技術(shù)人員的判斷，減小反射是基本的依據(jù)。

發(fā)機(jī)的反射作為參取量是很簡單的，但是什么情況下增加高度（正向驅(qū)動），什么情況下減小高度（反向驅(qū)動），這就不能單純地從發(fā)射機(jī)反射大小上考慮，應(yīng)從發(fā)射機(jī)末級電路上想辦法。

筆者通過量化計(jì)算，采取了取樣隔離電路不影響發(fā)射機(jī)正常工作參數(shù)，采用價格低廉的8位單片機(jī)編程對雙向電機(jī)進(jìn)行控制，已經(jīng)取得了比較滿意的效果。

6　結(jié)語

由于中波頻率較低、地波傳輸?shù)奶匦蕴炀€參數(shù)不同于調(diào)頻和電視受到環(huán)境因素的影響較大。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)配方式工作量較大也較為復(fù)雜，筆者改變思路，提出了簡單有效的解決方案，供相關(guān)工作人員參考。