中波广播发射天线地网及匹配网络探析

沈代承

国家广播电视总局五五二台 福建省 福州市 350007

引 言

随着经济发展，城市规模不断扩张，高层建筑物密度增加，多数中波发射台的地理位置已深入到城市当中，不再处于城市边缘，由于城内高层建筑的连续遮挡，影响了天线辐射场型，加上中波天线自身因城市建设带来的地网破坏，在同等级功率输入的情况下，辐射效能会大幅下降。中波发射天线最大辐射区域主要受传播路径、地导系数、天线结构、地网敷设、网络匹配的影响。以上因素，唯后两者是技术人员可以在日常维护中进行优化调整的。因此，理解清楚中波发射天线地网和匹配网络的作用，并正确安装维护具有十分重要的意义。

1 中波天线的地网

目前，在用的中波发射天线有自立塔型和拉线型两种，它们都是发射垂直极化波的立式桅杆天线，主要的辐射结构由垂直且与大地绝缘的塔身部分和塔基以下呈放射状的地网部分组成。

1.1 天线地网的作用

中波发射天线是能量转换的技术设施，它在实现导体中传输电能向空间中传输电磁能转换过程中，天线塔体产生的电场能量通过大地构成一个径向电流，回流到天线底部，从而构建空间电磁波。但是，天线近场区的电场能量存在着诸多损耗，最主要的是电磁能在大地上的衰减。有效的地网铺设，使径向电流有了低阻通道，流过地网的电流会随之增加，这就提高了塔身电磁能量回流效率，相应的地面损耗减小，从而使更多的电磁能向天线远场区辐射。

当地网缺失后，因地网铜线长度减小导致低阻通道上的径向电流减少，接地电阻增大，流经地面的电流随之增大，地损耗增大，这种损耗随着发射频率的增加而增大。天线辐射能量在未向远场传播前就有很大一部分在地网区域损失，随着地网耗散能量的积累，不可避免地会造成中波传输能量的不足，最终导致天线覆盖面积减小，场型畸变。

所以，简单的归纳为：地网是中波天线发射电磁波的接地回路，为了减小地电流的损失，需努力维护地网的完整。

1.2 天线地网的铺设

工程建设中，地网铺设的方法是：以塔基为中心，呈放射状，间隔3度角，铺设120根长度为0.2-0.5倍发射频率波长，直径3-5mm的铜线。全部地网线要焊接在一起，并且与天线接地地井连接，连接点要处于塔塔基绝缘底座以下，不能和塔身相连。地网铜线铺设深度距地面约30厘米，过浅铺设容易使地网受到植物根系侵蚀或受地表重压破坏，过深铺设使地阻增大，达不到实际效果。因物理损伤导致地网缺失后，应采用续接的方法，及时补充完整。实际使用中，对于76米拉线塔地网铜线长约80米，锥型小天线随塔身高度不同铺设30-50米。

2 中波调配网络

为了使发射机输出的能量最大化传输到中波发射天线，在馈管（电磁能传输载体）的两端要做阻抗匹配。中波发射天线的阻抗匹配主要是将天线的输入复阻抗通过变换电路，转化为馈管的纯阻特性阻抗。

2.1 设计

调配网络主要包含阻抗变换网络和滤波网络。设计时，通常以馈管侧向天线侧逐级计算，即电能正向传输的方向。

阻抗变换网络要根据系统输入端口、输出端口的阻抗数值和网络Q值要求，设计不同形式的变换网络，主要有L型、T型和∏型网络。滤波网络主要是防止不同频率干扰信号反向馈送到发射机，包括阻塞网络、陷波网络等。此外，还要增加阻抗预调网络，用于改变天线输入阻抗，降低系统Q值；还有用于高压直流泄放的线圈及雷电放电球等器件。

上述各类“网络”均是由电感和电容以串联谐振、并联谐振原理组成的，使用线圈和电容首要考虑器件耐压性能和额定功率。线圈的选择要遵循选择合适线径的电感线圈，以3A/mm的直径，20%的余量来进行选择，线圈短接线应安置在线圈内部。电容的使用要充分满足耐受电压和电流要求，并通过增加冗余度来提高电容的安全性。为增强系统的最大功率，可使用多个同型号电容，通过串联、并联组成电容组，减少单个电容通过电流。

2.2 安装

调配室内的线圈和电容安装需要注意连接的便捷性，同时兼顾“顺序”的电磁通道，不能有“飞线”“跳线”，调配网络接地要尽量避免和天线接地井相连，调配室内墙体要铺设铜网或铁皮，并将屏蔽导体接地，以增加电磁兼容性能，防止外来强电场干扰调配网络的稳定运行，增加系统可靠性。器件安装时注意以下要点：

其一，安装线圈时，任意两组线圈轴线的放置方向不能平行，也不能在紧邻的位置安装，要遵循垂直的放置原则，尽量减少两者间的互感干扰。

其二，安装电容时，要注意摆放位置，尤其要注意串并联组成电容组上面产生的分布电容，要尽量有规则的安装放置全部器件。

其三，通常情况下，整个系统接地铜带的宽度为6-10cm，厚度为0.3-0.5mm。铜带应与调配室内的地线可靠连接。

器件之间的连接铜皮根据不同的功率容量选用不同的铜带，同时也要注意连接铜皮分布电感对线圈的影响，尽量减少180度以上的扇形弧度连接，更不能有90度折角，以免尖端放电，破坏器件。在连接端口要连接牢固，并打磨光滑，不要有尖角，连接铜皮之间的距离要适当，防止短路打火。

3 结束语

中波发射天线在日常维护时，应根据发射机仪表数据反应的入射功率、反射功率等传输状态，及时调整匹配网络。重点是关注夏、冬季换季气候和干燥、多雨时的天线系统状态，如果天线驻波比过大或发射功率不稳定，则需要考虑及时调整匹配网络。当天线输入阻抗变化频繁时，可考虑对地网进行修补维护。