自立式中波小天線新技術的運用與建設

王連發

（作者單位：張家口109轉播臺）

張家口109轉播臺因市政建設，原天線場區將被占用，需在發射臺區內新建一座中波發射天線，規劃天線場地位于發射機房東北角落，面積僅有300 m2。為了解決這一問題，張家口109轉播臺于2013年采用了成都凌風天線設備有限公司生產的48 m絕緣自立式中波小天線，雙頻共塔播出中波頻率603 kHz與1 278 kHz，發射功率均為10 kW。同時，配合使用電磁耦合并聯諧振雙回路調配網絡，展寬了天線的工作帶寬更寬，提高了帶外衰減，有效防止了張家口109轉播臺或臨近臺其他頻率之間的相互串擾，投入運行以來,已正常穩定工作五年多。下面就張家口109轉播臺對中波小天線應用建設和技術特點進行闡述。

1 中波小天線結構及特點

絕緣自立式中波小天線根據109轉播臺的地質、氣象條件，參考國家《建筑結構荷載規范》GB 50009-2001而設計。天線主體采用自立式鋼塔結構，截面為正方十字形，自下而上逐漸變細，頂部呈倒傘狀，無拉線、維護簡單；底部采用直放式陶瓷絕緣組合基座專利技術與地絕緣；天線地網半徑小約6 m與防雷地網和機房高頻地統一連接構成了一張綜合平衡接地網，有利于防雷；饋電采取單極非平衡饋電，天線使用頻段為531～1 602 kHz，可承受1～50 kW發射功率。

1.1 中波天線絕緣結構處理

對于絕緣自立中波小天線塔體中最為關鍵的高頻陶瓷絕緣柱，它是鐵塔安全的重要節點，必須嚴把質量關。張家口109轉播臺中波小天線采用宜賓七九九陶瓷廠研制出的高性能專用高頻優質陶瓷，并送至權威檢測部門進行過質量檢測。因此使用的高頻陶瓷柱的強度及穩定質量具有根本保證。在以往自立式絕緣中波天線的絕緣基座通常采用一組高頻陶瓷柱上下對扣并采用穿心螺桿連接的方式組成，為了承受塔體自身重力和風荷載，陶瓷件一般均做得大、笨、重，這給安裝或更換帶來很大麻煩，施工工期較長且工序繁瑣，安全風險也較大，檢修更換時停播時間也長。為了解決上述問題，張家口109轉播臺中波天線采用了具有專利技術的直放式陶瓷絕緣組合基座，該基座具有如下優點。

（1）直放式組合陶瓷絕緣基座將傳統采用的單體大陶瓷柱分解為由4～6個小高頻陶瓷組件組合而成。在使用中，單個高頻陶瓷可以直接插拔放入基座，檢修用更換非常方便。從抗壓強度看，單個陶瓷柱件即可承受天線相應的垂直壓力，4～6個陶瓷柱組合后則更加保障了天線的強度安全。高頻陶瓷組件在施工時可使用方便，且體積小、重量輕，更易于搬運、安裝，有效地縮短了施工周期。

（2）直放式組合陶瓷絕緣基座中設計的一組基座底板，可方便調節水平度，保護陶瓷垂直面均勻受力，避免了陶瓷因受力不均而產生的損壞；同時降低了對基礎的要求，避免了因基礎澆筑的誤差而導致的返工。

（3）直放式組合陶瓷絕緣基座中增設的安裝檢修螺栓，保障了安裝過程中高頻陶瓷的安全，同時使絕緣基座的檢修、更換更加便捷、快速。由于檢修螺栓可承受天線塔體的垂直壓力以及其他荷載力，因此在維護時，對天氣的要求大大降低，避免了因天氣等原因而導致的不能施工。

1.2 中波小天線工作原理及特點

中波小天線是在傳統λ/4拉線塔的基礎上演變而來，通過加頂、加粗天線直徑而縮短天線高度，天線高度一般為45 m，地網占地面積225 m2，調配房占地面積約36 m2。天線體做成四邊形塔體，頂部做成指數曲線或高斯曲線錐體，其等效電路仍是一種串聯諧振電路如圖1（a）所示，天線結構如圖1（b）所示。

圖1 小天線結構及工作原理

天線由曲線錐形振子頂A和塔體L以及接地板（地網）B和饋電箱K組成。曲線錐體振子頂由金屬導體制成,直徑為4～10 m。塔體L由角鋼制作，接地板B采用直徑為10 m的地網或10 m×10 m的金屬板焊接而成。天線鋼塔結構由絕緣座支撐，并通過設計的匹配網絡K饋電。

該天線為非平衡單極饋電，電流經由天線振子與其鏡象形成對稱曲線振子分布，在空間輻射能量。該天線為垂直極化天線，主要傳輸地波。

天線是由振子與其鏡像在空間形成輻射，因此，可以改變天線振子形狀而改變天線輻射場形，圖2（a）和（b）計算的是張家口109轉播臺48 m中波小天線水平輻射場和垂直輻射場方向性圖。

圖2 （a） 張家口109轉播臺48 m中波小天線水平輻射場方向性圖

圖2 （b） 張家口109轉播臺48 m中波小天線垂直輻射場方向性圖

1.3 中波小天線的特點

（1）天線采用了實用的自立式鋼塔結構，無拉線、維護簡單，可依據我國各地的不同地理及氣候條件因地制宜設計中波塔的抗風、抗震強度。天線采用熱浸鋅鋼結構制作，具有防腐性好、可抗臺風、抗強地震以及使用壽命長的特點。

（2）饋電采取單極非平衡饋電，解決了中波小天線實現雙頻共塔的難題。網絡采用阻塞、雙并諧匹配、陷波等復合技術，保證了天線技術指標的先進性和設備性能的穩定性，溫度適應范圍在-40～+50 ℃，駐波比帶寬更寬。在選擇頻率的情況下還可實現三頻共塔。

（3）根據頻率選定塔身高度，天線的高度范圍在1/6λ～1/12λ，無需鋪設傳統天線式的大型地網，占用土地面積小（100 m2）。天線頂端振子形狀可根據用戶需要選用直錐形、曲線錐形和高斯曲線錐形等三種形式，可使天線同周圍建筑物相互協調，個性而美觀。

2 中波天線配套設施建設

中波天線配套設施建設包括地網敷設、調配房修建以及防雷接地工程等。

2.1 調配房建設

調配房利用基礎柱而建，墻體采用普通磚壘砌，調配房總體面積約36 m2，并根據現場具體情況確定門的方位。調配房屋頂采用現澆筑，為便于排水，需向后傾斜5°伸出后墻體200 mm，房頂做防水處理；室內地面C15混凝土，厚150 mm；調配室四面安裝屏蔽網，材料為銅網；樓頂中心位置線位置方處開一400 mm×400 mm的孔作為天線引下線入孔。

2.2 中波天線地網建設

地網線以中波小天線塔基中心為圓心，埋設一塊1 m×1 m的銅板作為中心地板，并在銅板四周放射狀焊接120根長約30～70 m的Ф3銅線形成工作地網，埋深約為30～50 cm。地網末端環連，每根銅線的內外環接點最好用氧氣加銅焊條焊好，如圖3所示。

圖3 地網建設示意圖

2.3 防雷系統建設

防雷接地網采用水平接地體及垂直接地體相互連接而成，并在對角線上加裝防雷接地裝置，接地裝置采用角鋼和扁鋼焊接制作，大小規格為500×500×2500，埋深 4 m，置于凍土層以下，接地電阻不大于4 Ω。天線防雷接地應與機房防雷地相連接，形成統一的均衡接地網。水平接地體選材規格不低于扁鋼40×4，垂直接地體為2 m∠50×4角鋼。接地體采用熱浸鋅表面處理。當接地電阻不夠時，可增加一條或多條接地裝置，并用水平接地體進行環形連接。

3 調配網絡

中波小天線由于阻抗低難于匹配，因此調配網絡采用了成都凌風公司新型電·磁耦合雙回路型調配網絡技術，在駐波比VSWR≤1.20的情況下，可使603 kHz的工作帶寬達到9 kHz以上，1 278 kHz達到30 kHz以上。根據實測天線阻抗，設計的電·磁耦合雙回路型調配網，其工作原理如圖4所示。

圖4中L0為微亨級防雷接地泄放線圈；L1與C1、L5與C5并聯諧振形式分別構成對12 781 kHz與603 kHz的阻塞網絡，C2與C3為隔直電容，加強網絡的防雷作用；L3、L4、C3、C4、與CM1構成603 kHz的電磁耦合雙并聯調配網絡，完成對603 kHz的阻抗匹配；同理，L7、L8、C7、C8、與 CM2構成 1 278 kHz的電磁耦合雙并聯調配網絡，完成對1 278 kHz的阻抗匹配。

本網絡中L0為防雷接地泄放線圈，C2、C6為隔直電容，L3、L4、L7、L8、均為微亨級電感接地，因此，本網絡具有多重防雷泄放作用，防雷效果極佳。

調試完成后各頻率駐波比測試曲線如圖5所示。

圖4 電·磁耦合雙回路型調配網工作原理

圖5 各頻率駐波比測試曲線

與傳統的調配網絡相比，電·磁耦合雙回路型調配網具有以下優點。

（1）使各頻率的工作帶寬得到實質性提高。與傳統調配網絡相比，新型調電磁雙耦合雙回路調諧技術采用雙調諧技術，其工作帶寬比傳統調配網絡的工作帶寬增加2倍左右，大大增加了天饋網絡的工作帶寬，使發射系統工作更穩定。

（2）使各頻率的載頻駐波比達到最佳。由于采用電·磁耦合雙回路型調配網絡技術使各頻率具有足夠寬的工作帶寬，而不需要犧牲載頻駐波比來滿足工作帶寬的需要，因此，各頻率的載頻駐波比可以達到1.05以下，滿足招標文件提出載頻駐波比小于1.05的指標要求。

（3）實質性地增強了防雷效果。一般情況下，中波天線屬于區域中最高建筑物，極易遭受雷擊，而絕緣自立式中波天線與大地隔絕，當遭遇雷擊時，天線自身不能為雷電流提供有效的泄放通路，而只能依靠調配網絡提供的通路進行泄放，因此，絕緣自立式中波天線的防雷主要取決于調配網絡的防雷效果。傳統網絡對于防雷一般采取的是加高頻扼流接地線圈，這種方法能解決一定的雷電問題，但當高頻扼流接地線圈不能完全泄放或泄放不及時時，雷電流仍可能通過調配網絡傳送到發射機，造成設備損壞。而新型電磁耦合雙回路調配網絡采用電磁耦合原理，具有物理隔離雷電流作用，使天線端與發射機之間形成物理隔離，同時，調配網絡多處使用微亨級電感線圈接地以及電容隔直，對雷電流進行多級泄放和設防，因此，能更好地解決天線防雷問題。

（4）提高了抗電磁干擾能力。電·磁耦合雙回路型調配網絡具有較強的抗干擾能力。當前，中波臺已不是傳統意義上只發射中波頻率的中波臺，除發射多套中波頻率以外，還兼顧短波及調頻電視節目的發射，很少有單頻工作的，因此，常常出現各頻率之間相互串擾的問題。傳統的解決辦法是在匹配網絡后面增加陷波吸收網絡，如果出現多個頻率之間的串擾，則需增加幾套吸收網絡，從而增加元器件的使用量，造成網絡損耗加大。在當前信息化高速發展，干擾源增多，電磁場日益復雜，同時臨近臺站發射頻率常常出現晚上通過天波相互串擾的情況，采用傳統方式已不能很好地解決這些問題，而新型電磁耦合并聯諧振雙回路調配網絡采用兩級變換，波形平坦，具有良好的矩形寬帶特性，帶外衰減也大大提高，從而有效減少了本臺或臨近臺其他頻率之間的相互串擾問題，實質性提高了調配網絡要求的抗電磁干擾能力。

4 結語

通過上述中波小天線一系列新技術的運用，張家口中波臺中波小天線工作正常穩定，在滿功率狀態下各項指標均達到甲級。通過場強測試近中遠場區場強衰減平穩，效果滿意。在開闊地帶，與使用傳統桅桿天線的場強基本一致；在山區地帶，小天線的場強略遜于其他天線。總之，小天線具有結構簡單、占地面積小、便于維護等特點，結合電磁耦合雙回路調配網絡技術的運用，提高了各頻率的工作帶寬，增強了防雷能力，減少外來的電磁干擾，整個天饋系統運行更加穩定，確保了安全、優質、不間斷的播出。因此，中波小天線建設和新技術在的應用，徹底解決了張家口109轉播臺場地小、土地使用緊張的難題，具有廣闊的市場前景和推廣價值。