中波转播台天线浅谈

刘建军　李晓枫

【摘 要】中波广播发射天线直接关系影响或者决定着中波广播覆盖的效果和质量，科学技术的进步推动中波广播发射天线的变革创新，由传统的直接绝缘接地斜拉线桅杆式中波发射天线到加顶斜拉线桅杆中波发射天线、自立塔天线、双锥顶负荷中波小天线、套筒式中波小天线等，各类型中波发射天线在中波广播发射实际中各有特色，结合本单位实际设备、场区、天线效率、地质地损等情况综合考量、科学选择应用。

【关键词】天线效率；覆盖效果；地电流；地损；缓变原理

中波广播技术诞生至今近100年的历史，中波广播技术得以充足的发展和完善，成为广播家族中常青的一只奇葩。笔者从事中波广播发射工作三十多年，扎根多个中波转播台技术岗位，切身感受到中波广播的覆盖效果、播出质量与信号源、音频信号接收机、音频信号处理器、中波发射机、天馈线、天调网络、中波发射天线等息息相关。随着电子技术日新月异的发展，从电子管到晶体管、从独立元件到集成电路和大规模集成电路、从模拟电路到数字电路诸技术的科技进步，信号源、音频信号接收机、音频信号处理器、中波发射机诸设备性能功效得以极致完美发展，促进了中波广播质量不断提升。但是，无论多么先进的信号系统、发射机设备，如果没有理想的末端辐射设备——中波广播发射天线，优质中波广播只能半途而废。近十几年，中波发射天线也取得了长足的发展，现将笔者关于中波发射天线的拙见浅述，以供指教参见。

众所周知，中波广播的频率范围531KHz——1602 KHz，相对应的波长约565米——187米，中波广播主要以地波传播为主，夜间因电离层反射会以天波传播，夜间比白天传播距离远。由于中波主要靠地波传播，而地波采取垂直极化波传播，所以中波发射天线均为垂直天线。中波发射天线经常采取导线天线或铁塔天线，非特别要求状况下不采取定向天线，多数情况下采取单根垂直绝缘接地天线，这种天线的方向性图在水平面上是个圆，符合广播天线的技术要求，天线的终端开路，是驻波天线。天线上电流可以看作是按正弦规律分布、天线末端为电流的节点。中波天线的效率一般为70%—80%，作用是把传输线（馈管）输送来的发射机输出的能量高效率地辐射到空间中去。

目前许多中波转播台扔在使用铁塔+拉线+地网的传统天线系统，这种拉线桅杆式中波发射天线的高度在76——120米，周边地下360°铺设长度与铁塔高度相当的地网，常采取每3度一根直径2.5至3mm紫铜线、埋深300mm——500mm，天线周边共120根，铜线长1/2波长即可，最好超出天线顶部在地面上的投影范围，并在紫铜线末端加打接地桩，所有地桩用相同与地网的紫铜线圆周界限连接，工艺要求铜焊可靠连接。根据天线场区具体情况，地网铺设的紫铜线30——150根可选。

中波发射天线的效率直接影响中波广播的覆盖范围和效果，天线的损失包括：铜损失、绝缘损失和地损三种。其中铜损失和绝缘损失因损失量极小，可忽略不计。地损是中波发射天线的主要损失，因为地面是中波天线的回路，当地电流通过地面时就会产生损耗，地损主要集中在天线的底部附近，铺设地网可实现减小地损、提高天线效率。

因地形地貌和其它因素限制，部分中波发射天线只有60m高，甚至有的更低，无法满足中波广播辐射的技术要求。天线是一个能量转换设备，天线以交变电动势馈电，天线周边空间便产生感应场和辐射场，辐射场的能量为受众提供有用的无线电信号，而感应场能量会在天线周围的损耗介质（土壤）产生热损耗。天线的效率就是天线的辐射功率与天线的输入功率（感应功率+辐射功率）之比，当天线的长度可以和工作波长比拟时，天线的效率一般比较高，如果无法满足这个条件，为了增加辐射，可以在天线末端加顶，加顶的作用是提高电流分布的腹点，从而增加辐射，同时，在天线末端加顶，还可以加大天线的对地电容、电流分布均匀、缩短天线高度、提高辐射电阻。天线效率 =RA/RA+ Ri 其中RA是 辐射电阻，故提高辐射电阻就是提高天线效率。

传统的拉线桅杆式中波发射天线高度为工作波长的1/4至1/2， 地网需360°铺设，一个中小功率的中波台占地30——140亩，中波广播发射机放及供配电室和办公用房加在一起，最多占10%的土地，而中波发射天线场区占据中波台90%的土地面积。在土地资源稀缺的今天，建一幅传统的拉线桅杆式中波发射天线只能是梦想。另外，传统的拉线桅杆式中波发射天线因高度太大，日常维护危险性大，易遭受雷电侵害，尤其雷雨天气防雷难度大、意外多，且地网保护难度大。

面对土地稀缺和维护传统中波天线危险性高、地网保护难的症结，锥面顶负荷中波小天线脱颖而出。

锥面顶负荷中波小天线最大的优点是实现了中波天线的小型化。它的高度只有工作波长的8%、即36m左右，占地面积可缩至100m2。我们知道锥面缓变原理：天线自发射体向锥面以小于90°方向过度，减小了终端反射，因锥体较大而对地形成一定值的电抗、提升容抗，故天线的谐振点下移，可有效降低天线的高度。斜面7m的锥体，其有效高度可达40m。再计加垂直发射体高度，可使锥面顶负荷中波小天线有效高度达76m。由天线的长细比原理可知：振子天线的输入阻抗随电长度变化的剧烈程度主要取决于天线的特性阻抗。特性阻抗越大，输入阻抗随电长度的变化愈激烈、天线的阻抗带宽愈窄；相反，特性阻抗越小，天线的阻抗带宽愈宽。振子天线的特性阻抗主要取决于长细比L/a，其中L是天线振子臂的长度、a是天线臂的半径。长细比越大，天线的特性阻抗越大，故而，在同长度时，粗振子天线具有宽的工作带宽。增加发射体的直径或宽度，亦是有效提高天线带宽。

通过多年使用两类中波天线，总结一些锥面顶负荷中波小天线的特点，请指教：

1）锥面顶负荷中波小天线的增益高，地波场强稳定性好，天波分量大，远场区辐射场强优于传统斜拉线桅杆式中波发射天线。

2）电磁辐射污染低、互耦低。10Kw的锥面顶负荷中波小天线对距离50米的中波发射机（DAM型、PDM型）影响远小于传统的中波天线（76米——120米）。

3）小天线带宽更宽，载波VSWR小于1.25时，带宽10KHz； 载波VSWR小于1.5时， 带宽20KHz.

4）匹配阻抗有50欧姆、75欧姆、150欧姆、230欧姆可供选择，天线调配室可与天线合为一体，便于维护。

5）锥面顶负荷中波小天线轻便小巧，安装简单、可架设在房顶或机房附近，维护方便安全，不受航空管制，防雷避雷性好。

6）根据锥面缓变原理、天线长细比原理，锥面顶负荷中波小天线降低了终端反射和谐振频率、降低了天线的阻抗变化率、提升了天线的带宽，减少发射机过压故障。

随着广播技术的飞速发展，新思路新观点不断涌现。众所周知，我们经常使用的中波接收机是不需要地网的，依据收发互易原理，中波发射天线也可以不需要地网。基于这种观点，衍生出了套筒式锥面顶负荷中波小天线和双锥面顶负荷中波小天线，这些小天线都是利用锥面缓变原理、天线长细比原理及垂直天线分布参数和集总参数加载原理有机的、合理的融合产生的一种新型天线，它既符合传统天线理论，又符合当前提出的一些新的理念，但是小天线的基础理论依然是麦克维斯方程和波印廷矢量。套筒式中波小天线的创新点是利用套筒天线理论，提高输入电阻和辐射电阻，降低阻抗变化率，从而提高天线带宽。

无论是那种中波小天线，都必须匹配天调网络。加装了锥面顶负荷的中波小天线在低端输入阻抗得到了提升，匹配网络中的电流有所降低。这对于匹配网络中的电感、电容而言，电流容量有所降低，器件减少了发热和损毁，相应天线的效率得到提升、杂散辐射得以抑制。天调网络中应满足：

1）阻塞网络 切实发挥阻塞工作频率以外的频率广播及拓宽带宽的功能，串联谐振在本频上，并联谐振在它频上，起通本频阻它频作用。

2）匹配使用T型网络，这样既能起到移相作用，又有阻抗匹配作用，还有放雷功效。

3）吸收网络建议采取串并联设计方案，这样既能吸收它频的干扰，又对天线带宽起到补偿作用。

4）放雷避雷一定要采用石墨放电球装置，石墨放电球能泄放大电流雷电，泄放时只是掉一些石墨粉，石墨放电球不会损坏。

5）预调网络需加微亨级雷电泄放电感线圈，它既能泄放雷电的低频部分，又能提升天线的阻抗，还能拓宽天线的带宽

6）设计时要尽量减小天线的电抗分量，提高天线的Q值。

以上是笔者多年中波转播台技术工作经验的总结，因个人水平有限，不周之处敬请各位专家同仁指教。

[责任编辑：杨玉洁]