曲線式中波小天線與接地式自立中波天線的工作原理特點及天調阻抗匹配與多頻共塔

韓祿嘉

【摘要】隨著我國經濟快速的發展，土地日益稀少，原先處于郊外的中波臺站也逐漸被許多建筑和廠礦包圍，中波天線場區逐步遭到蠶食，發射環境進一步惡化，地網破壞嚴重，中波覆蓋越來越差。如何在現有的條件下，減少傳統中波天線的占地面積，提高發射效果，實現一塔多頻更好的為我國的經濟建設服務。由于調幅廣播（AM）和調頻廣播（FM）在無線電頻率中所處的頻段不同，其發射方式存在較大的差異，形成兩套截然不同的發射系統，不能做到資源共享。隨著廣播技術水平的日益提高，通過計算機仿真技術，利用曲線式中波小天線和接地式自立塔中波天線進行改造，從而為中波調頻兼容播出提供了可靠地技術支撐。

【關鍵詞】曲線式中波小天線;接地式自立塔中波天線;三頻共塔

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.08.01

1. 曲線式小天線

1.1 曲線式小天線采取的技術和理論

a、饋電采取單極的非平衡饋電，解決了中波小天線實現雙頻共塔的難題;網絡采用阻塞、陷波、并諧匹配等復合技術。

b、利用非傳統的天線調配網絡，使天線的帶寬得以展寬，帶外衰減大大提高，有效防止了本臺或臨近其它頻率之間的相互串擾，也可省去傳統的陷波網絡;同時使天線端與發射機之間形成物理隔離，并形成多次防雷接地，大大提高了發射機的防雷效果。

c、該型天線是在傳統拉線式中波天線的基礎上，根據縮短型中波小天線的理論研制而成。

1.2 曲線式中波小天線的特點

中波小天線采用了實用的自立式鋼塔結構，可依據我國各地的地理及氣候條件因地制宜設計中波塔的抗風抗震強度。塔身為自立式鋼塔結構，無拉線，結構穩定、造型美觀;具有以下特點：

a、根據頻率選定塔身高度，天線的高度范圍在1/8λ-1/12λ之間，無需鋪設傳統天線式的大型地網，占用土地面積?。?0-100平方米）。

b、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。此外，增加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℃。

1.3 曲線式中波小天線工作原理

縮短型曲線式中波小天線是在傳統λ/4拉線塔的基礎上演變而來，通過增加振子直徑和曲線加頂使得天線高度縮短，加頂的方式提高了天線電流波幅點的位置高度從而有效降低天線高度，提高了增益。天線上部頂振子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），天線結構如圖2所示：

天線由曲線錐形振子A和電感塔身L以及接地板B和饋電箱K組成。曲線錐體振子由金屬導體制成，直徑為10米。L設計為鋼塔結構，接地板B采用10×10米金屬板或網焊接而成。錐形振子由鋼塔及玻璃鋼支撐，并通過特制饋電箱單極饋電。

該天線為非平衡饋電，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。由于接地網集中做成較小的接地板，從而使天線占地面積縮小到約50-100米2，從而實現天線的小型化。

天線為垂直極化天線，主要輻射地波。

1.4 曲線式中波小天線輻射場形

天線是由振子與其鏡像在空間形成輻射，可以通過計算機軟件建立天線模型來分析天線的阻抗和輻射場形。以48米天線模型結構為例，計算的天線輻射場形的三維圖形如圖3：

在較良好地面情況下，典型的水平輻射場形和垂直輻射場形的方向性圖如圖4：

實際計算結果表明：天線的輻射場形圖與傳統拉線塔天線基本一致，天線增益相當。

通過計算，當地面導電率較低、地電阻較高時，天線的垂直場形主波束同樣將上翹。較差土壤電阻率地區上翹傾角甚至可達二十余度，海水地面及鹽堿濕地約有6?以上。此時天線地面增益將有所降低（如下圖所示），因此采取措施控制垂直場形上翹，能有效提高天線輻射效果。

1.5 48米曲線式中波小天線參數

規格：48米

型號：LFT ZB-S/48

工作頻率：603kHz

功率容量：10kw

駐波比：VSWR≤1.20（載頻駐波比：VSWR≤1.05）

傳輸帶寬：>9KHz

輸入阻抗：50Ω

天線增益：>3dBi（與傳統76米拉線天線相當）

方向性：全向

極化方式，垂直極化

抗風強度：12級

抗震烈度：8度

接口：IF70

主饋線：10kw節目采用地埋 HHTAY-50-42電纜

2. 接地式自立塔中波天線

2.1 接地式自立塔中波天線的特點

該天線設計為中波與調頻廣播及電視共用發射塔，即在中波發射天線塔上還可以安裝其他調頻廣播及數字電視天線系統。天線通過計算機建模計算。

天線主體采用自立塔結構，塔體主材直接接地而無絕緣座子，因而結構十分穩定，比起其他天線增強了天線的抗風、裹冰能力。由于采取了天線直接接地，從而使得調頻、電視天線安裝在中波塔體上共同使用成為可能，也增加了天線的利用效能。

天線使用頻段為531-1602kHz，功率1-200kw，其輻射效果和同等高度傳統拉線式中波天線相近。F1FE5913-3AD1-4A50-9F86-65BD14EBA964

天線為四邊形自立接地式中波鐵塔結構（單線圖附后）。頂部有3米避雷針，避雷針下面為桅桿，可安裝垂直極化分米波數字電視天線，桅桿下邊是2.5米邊寬的正方形方塔，直線段可安裝二偶極子反射板調頻天線（塔身安裝調頻天線在重慶已有應用）。在直線段下方建有一小平臺，平臺下面是四邊形梯形鐵塔，鐵塔與地基礎直接連接，防雷效果較好，可抗12級風力（也可根據當地條件設計鐵塔結構以達到更高抗風能力要求）。

中間平臺是中波的饋電點，均布4-12根饋電線，匹配網絡輸出的功率信號經饋電線接到平臺上實現饋電。

中波發射塔地網半徑50-80米，應保證與高頻地良好連接。

接地自立式中波天線的優點如下：

a、中波天線發射塔可同時實現中波、調頻、電視同塔發射，而且中波頻段內可實現雙頻或三頻共塔發射，這樣充分利用高塔的有效資源。b、中波塔可建在山崗上。由于山崗上地勢較高，有助中波的輻射，同時更有利于調頻和電視的覆蓋。

天線采用了實用的自立式鋼塔結構，可依據我國各地的地理及氣候條件因地制宜設計中波塔的抗風抗震強度。塔身為自立式鋼塔結構，無拉線，維護簡單;

饋電采取非平衡饋電，網絡采用阻塞、陷波、并諧匹配等復合技術，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℃+80℃。利用非傳統天線的電磁耦合雙并聯諧振回路調配網絡，使天線的帶寬得以展寬，帶外衰減大大提高，有效防止了本臺或鄰近其它臺的頻率之間的相互串擾。這種新技術使天線端與發射機之間形成物理隔離，可大大提高了發射機的防雷效果

2.2 接地式自立中波天線工作原理

接地自立式中波天線饋電改變了以往底部絕緣的串聯饋電方式，采用了并聯饋電，天線塔體直接與地連接，可增強發射設備防雷效果，提高天線抗震抗風荷載能力，并能夠在本天線上安裝調頻、數字電視等其它頻段的天線系統，增加天線的利用價值。天線由塔體、接地網和并聯饋電線組成，其3D模擬輻射效果及饋電原理如圖5.

上面圖1中并聯饋電點取合適的高度時，L2與C1諧振對f0呈現較高阻抗，此時天線有最大輻射效率，C0與L0、L1等諧振在工作頻率上，R0為地損耗。

該天線的輻射塔體與其鏡象形成對稱振子，在空間輻射能量。

天線為垂直極化天線，主要輻射地波。

接地網的好壞和大地介質也會影響天線的效率。

2.3接地式自立中波天線輻射場形

天線可以看成是由振子與其鏡像在空間形成輻射，通過HFFS和CST計算機軟件建立天線模型來分析天線的阻抗和輻射場形。以下是100米鐵塔材質天線模型計算出的一個實際條件下的三維場形圖如圖6：

在較良地面情況下的典型天線水平輻射和垂直輻射方向性圖如圖7：

當地土壤電阻率較低、接地電阻較高時，天線垂直場形的波束同樣將上翹。因此，做好地網能有效提高天線輻射效果。

2.4 100米中波接地式自立天線參數

規格：100米

型號：LFT ZB-JDZL/100

工作頻率：657kHz（25kw）+792kHz（50kw）+1332kHz（10kw）

功率容量：100kw

駐波比：VSWR≤1.20（載頻駐波比：VSWR≤1.05）

傳輸帶寬：單頻使用>18KHz、多頻共塔使用>9KHz

輸入阻抗：50Ω

天線增益：>3dBi（與傳統76米拉線塔相當）

方向性：全向

極化方式，垂直極化

抗風強度：12級

抗震烈度：8度

接口：IF110

主饋線：新增50kw節目采用地埋SDY-50-80電纜

3. 天線阻抗匹配及多頻共塔

3.1 天線阻抗匹配

天線匹配采用電磁耦合雙并聯諧振回路網絡，將具有更好的頻率寬帶特性和更大的帶外抑制，以及更有效的防雷效果。本網絡防雷可認為有5級設防。L1、L3、L4為微亨級的電感線圈將雷電流直接接地，C1以及耦合線圈M隔直，可有效避免雷電流直接進入發射機。由于雙諧振網絡帶外抑制度較好，可有效抑制鄰頻干擾，因此一般情況下在網絡中無需再加裝抑制鄰頻的吸收陷波網絡。本方案48米小天線采用電磁耦合雙并聯諧振回路網絡;100米接地式自立天線采用三頻共塔匹配網絡，其阻塞網絡采取復合并聯諧振網絡可減少插入損耗和避免損失頻率帶寬。

3.2 調幅（AM）及調頻（FM）的特點理論

中波廣播頻率位于無線電頻率的較低頻段，其頻率范圍為（5312KHz-1602KHz），其傳播方式為地面傳播。天線系統由鐵塔和地網組成，鐵塔作為信號的輻射體，依照信號波長的不同而有不同的設計。調頻頻率工作在甚高頻（VHF）的中低端，其頻率范圍是（87.5MHz-107.5MHz），主要以空間波傳播，其服務范圍受架設高度的影響。為擴大服務范圍，一般調頻天線要架設在高大建筑物的頂端或調頻發射塔上。

3.3中波與調頻兼容發射應該解決的問題

做好調頻信號屏蔽減少相互干擾，信號串擾的隔離;并聯饋線回路要求;串聯饋線需提供交流接地與直流接地。

參考文獻：

[1]鋼結構設計規范（GBJ17-88）

[2]高聳結構設計規范（GBJ135-90）

[3]中短波天饋線運行維護規程（GY-T178-2001）

[4]中短波廣播效果監測技術規程（GY-T176-2001）

[5]成都凌風天線公司中波天線生產暫行辦法（LFG/2005-4）

[6]中波新型天線的技術分析F1FE5913-3AD1-4A50-9F86-65BD14EBA964