广播电视系统中波发射天线技术研究

李乃涛

【摘要】当前我国广播事业发展速度较快，其中中波广播发射技术由于自身的特点以及应用优势，在广播领域中重要性较为突出，尤其针对一些偏远地区以及信号不发达区域，通过中波广播能够更好地服务人民群众。同时，中国广播发射技术的合理应用，能够提升信号传输安全性以及稳定性，能够提升受众收听节目的视听体验。本文主要针对中波发射天线的种类以及技术特点展开探讨，旨在为提升中波广播发射技术应用质量提供一定参考。

【关键词】中波广播；发射天线；维护措施；安全维护

中图分类号：TN92                      文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.07.005

进入新時期，随着信息技术的快速发展，推动了广播电视媒体的发展。在广播行业中，中波广播占据着主导地位，构建了现代的广电行业的基础结构，给人们的生活提供广播服务，丰富了人们的精神生活。但是，从技术上说，中波发射天线主要以电磁波为载体，其拥有严格的技术标准，形成一套标准化系统，主要是通过发射指令控制相关元件，形成波导，从而确保广播信号传输的完整性，最终提供稳定的广播服务。中波广播与微波或其他方式的广播来说，中波具有抗干扰性好的优势，可在恶劣天气条件下完成信号传输，对于广播电视行业的可持续发展具有重要作用。因此，深入研究分析中波发射天线的类型与技术特点具有重要的现实意义。

1. 无线电中波广播发射技术原理

广播电视系统具体分为节目制作、播放、信号发射以及信号接收等诸多环节，在设备终端重新转换为相应的图像及声音。其中信号发射主要将广播电视节目信号调制为载波，并利用馈线系统传输到发射天线。而信号发射工作具体由各种类型的中波以及馈线等完成，广播信号发射系统涉及设备数量较多，其中主要设备包括电源设备，冷却设备，监测设备，信号源设备等。

对于无线电中波来说，主要采取调幅方式，例如MW使用AM调制方式的广播，而且中波传播主要以地波为主，这主要是由于无线电遇到导体时则会产生感应电流。这样导致电波能量随之减弱，特别是大地导体对于中波具有一定的吸收，导致以地波形式传播的中波实际传播距离受限。特别是白天基于阳光照射的情况下电离导电性明显增强，以天波形式传播的中波会被电离层吸收，而地波形式的中波则会被大地吸收，因此白天用户很难接收到中波信号，而夜间基于电离层中电离子的复合作用，电离层实际导电性变差，采取天波形式传播的中波传输距离增加。目前中波广播电台发射到用户接收实际传播范围可达数百公里以上，并且不容易受到各种建筑物的干扰，还有一些爱好者自制中波接收装置，能够达到跨洋接收。

一般来说无线电中波广播发射技术应用时，为了确保技术应用优势，中波广播发射应当以地网及天网复合传输方式为主，其能够确保传输信号的品质以及信号接收稳定性。其中中波广播采用地网传输方式应用时，其对于地网铺设质量要求较高，并可显著减少电子干扰，并且当前地网相关设备及线路主要在地下铺设，所以其发生问题时维护难度较大，难以在这段时间内确定故障问题，这样会在一定程度上影响中波广播传播质量，也会增加维护成本。

无线电中波广播发射技术应用过程中，天线高度及天线效率作为关键性的影响因素之一，其中天线高度与中波天线辐射场强具有明显关联性，特别是中波天线辐射出场强水平方向呈现圆形，其天线高度应控制在0.25～O.5λ，实现场强最大化，这样可以显著减少天波衰减程度。基于确保中波广播发射天线发射效率及发射质量，广播电台工作人员应当掌握各种发射天线实际发射效率，并根据实际需求选择合适的发射天线，而天线效率具体为天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比，如天线效率小于1时，则表明天线效率较高。而天线效率与地网结构及使用质量密切相关，因此基于确保天线保持最大使用效率，工作人员需重点做好配套地网建设工作。

2. 传统中波发射天线及技术特点

传统中波发射天线主要包括桅杆天线和自立式天线，也是我国适用范围最广的中波发射天线。

2.1 桅杆天线

桅杆天线早在20世纪30年代就得到了广泛使用，是当时唯一使用的中波发射天线。为确保架设与安装方便，桅杆天线的设计截面为三角形，塔高比较固定，一般不超过8m。

桅杆天线的每一层塔节主要使用法兰盘与螺栓构件，桅杆拉绳使用镀锌钢丝制成的三股拉绳，但是由于感应电流的出现，导致二次辐射，会对广播发射方向产生一定的影响，因此，会使用绝缘子减少这一问题的影响。

由于桅杆天线具有架设简单、形状规则、加工便捷、成本低廉等特点，在新中国成立之后得到了广泛推广和使用。但是，由于其制造简单，在某些时候会出现较多的问题。例如，由于桅杆高，在发射低频、大功率信号时，需要加装天线笼，会增加塔身的负荷，同时，要加装绝缘体，在一定程度上增加了底部压力以及制造成本。

此外，由于拉线与地面保持45°夹角时的受力负荷最为理想。因此，其建设所需空间较大。近年来，由于我国土地资源短缺，导致此类天线的实际应用越来越少。

2.2 自立式天线

自立式天线的结构是抛物线造型，能够充分发挥天线的性能优势。自立式天线主要使用特殊绝缘底座，以塔底与地基作为基础结构，并配备专门的调配室。绝缘底座是中波发射天线重要构件，具有质地坚硬、隔绝电流的特点。与桅杆天线相比，自立式天线占地面积小，造型更加美观，还能大幅降低建造成本。

此外，可以通过热镀锌处理，降低金属腐蚀的影响，在空气湿度高的地区也能使用。但是，此类天线存在比较明显的缺点，首先是绝缘底座的制造工艺复杂，价格高昂，容易损坏，因此逐渐被新型天线取代。

3. 新型中波发射天线及技术特点

新型中波发射天线是在传统天线的基础上改进而来的，目前我国国内主要使用的新型中波发射天线有并馈式自立天线、锥面顶负荷天线。

3.1 并馈式自立天线

并馈式自立天线采取的是普通自立铁塔结构，需要根据现场的实际情况优化塔架设计，在自立铁塔周围通常还有数根导线连通平台与馈电。其与传统天线类型相比，由于不使用绝缘底座，建造成本较低，但是仍旧需要铺设地网。

并馈式自立天线的优势包括：①不使用绝缘底座，占地面积进一步减小，建造成本较低；②发射功率高，覆盖范围更大；③天线效率高；④造型美观，可以与周围建筑物更好地融为一体。因此，并馈式自立天线在国外已经得到普及使用，技术也比较成熟，但是在我国的使用时间短，仅有十几家电视台使用。

3.2 锥面顶负荷天线

锥面顶负荷天线是我国近年来引进的一种小型天线，具有电磁干扰小的优势，对周围建筑物的影响较小，即使在距离发射空间仅30m的地方安装30kW的天线，也不会影响机房设备的运行状况，其覆盖范围与铁塔天线相近，具有应用灵活、功率小的优势，在数字广播中有着较好的应用效果。

锥面顶负荷天线的优点在于占地空间小、安装灵活，在城市中有着较好的应用价值。同时，锥面顶负荷天线高度较低，被雷击中的风险较低，可以保护天线的安全性，且具有较高的带宽，可以满足数字广播的需求，维修与养护较为方便，因此可以推广使用。锥面顶负荷天线具有的多种优势可以突破传统天线的不足之处，在城市中波广播建设中也有较好的应用价值。

4. 传统天线与新型天线的差异

中波广播具有成本低、覆盖范围广、接收方便等优势，即使是在信息技术快速发展的英、美、法等发达国家，也仍旧保留着一定数量的中波广播电视台，由此可见，中波广播建设具有一定的现实意义。

我国中波广播电视台的大规模建设是在20世纪50年代至70年代，近年来，由于社会经济的快速发展，广播电视台得到快速发展，新型天线也得到推广使用，但是仍旧有部分地区保留着传统中波发射天线。因此，要深入分析二者的差异，从而推动广播电视台实现改造与升级。

传统天线多为垂直振子天线，高度从五六十米到一百多米不等，考虑到塔身安全，要使用斜拉线固定。例如，某地区使用的桅杆天线塔高150m，需要在三个方向使用斜拉线固定，占地面积大约为65000m²。

地网作为桅杆天线的重要组成部分，天线辐射主要是以地面和地网为辐射回路，因此，地网建设会直接影响天线效率。为提高天线效率，要大幅降低损耗，而地网就是为降低损耗而提出的设计。

地网敷设通常以塔底中心为核心，放射状均匀铺设铜线。桅杆天线的结构虽然简单，但是其占地面积较大，建造成本高，会受到场地限制，很难获得理想的传播效果。在发射低频率、大功率信号时，塔身负荷大，我国尚不能生产绝缘底部，因此只能依靠进口，而新型天线则可以突破这一限制。

新型天线中的并馈式自立天线在欧美国家得到广泛使用，其与传统天线相比具有很多优点：①能够去掉绝缘底部和固定拉线，减少天线的建设空间，降低建设成本；  ②采取直流接地的方式，能够减少雷电影响，提高系统的运行安全；③具有输出功率大与多频工作优势，可以同时使用FM、TV天线，对其运行状况无明显干扰；④由于没有使用固定拉线，对建设面积的需求量小。如果采用传统桅杆天线，很可能给周围环境带来较大的影响，而采用新型天线则可以解决这些问题。

并馈式自立天线有一个平台，可以与多根导线连接，因此，可以根据实际需要增加维护平台，同时维护微波天线、调频天线。虽然并馈式自立天线也要敷设地网，但是由于使用紫铜制造的导线，具有较好的防雷性能。并馈式自立天线在底部安装了雷电泄放电杆，还安装了隔离电容，此外，还加装了石墨放电柱，具有较好的稳定性。

在实际实验中发现，并馈式自立天线开机半小时后无反射功率增大的情况，在关机之后检查电气设备也无明显的发热现象。并馈式自立天线具有较高的反馈抑制能力，即使2台50kW发射机同时工作，其高频反馈也符合国家标准，因此具有较好的性能，可推广使用。

5. 中波发射天线监测技术

受到技术因素的限制，无线电频率作为一种战略资源，其可利用区间在3kHz～3000GHz。根据国际电信联盟的规定，我国可利用的频率为9kHz～275GHz，因此，我国无线电管理机构将这些频率细分为285段，其中广播业务为35段。

随着现代广播电视的快速发展，无线电频率的占用率不断升高。中波广播作为我国广播中的常用类型，频率范围为526kHz～1606kHz，由于频道间隔为9kHz，再减去航空无线电业务频道，可使用的中波广播频道仅有120个。在这一背景下，要密切监测中波广播的运行状况。国家广播电视总局制定了《中波广播网覆盖技术》，对中波广播网进行总体规划，要求各个广播电视台做好中波广播的监测，提高服务水平。中波发射天线作为中波广播发射的重要设备，需要从源头着手，严格控制播出节目质量，在节目制作完成后通过电缆、光缆、无线传输等方式利用中波发射天线发送。

在发送过程中，要考虑节目信号质量，具体方法是对比声源实现。检测过程中，发射节目信号质量一直是中波发射天线管理的重要内容。由于自然噪声、设备运行噪声以及城市中的射频信号干扰，都会对中波发射天线产生轻微的脉冲式干扰和振荡干扰，但是，在实际检测中，此类影响对于中波发射天线運行状况的影响都在可控制范围内。

此外，要控制中波发射天线的电声指标，包括噪声电平、谐波失真、频率响应等指标，主要通过监听的方式实现。例如，在实际检测中，通过检测中波发射天线的噪声状况，确定有无差拍声，从而确定有无信号干扰。出现信号干扰的主要原因是干扰信号强，或是接收器的选择性接收，或是接收器动态范围变化，需要结合具体情况综合分析。

由于存在干扰信号，中波发射天线可以选择定向天线，在不同的时间通过调频仪器计算相关指标，确定不同广播节目最大调频幅度，一般语言节目在80%～90%即可。由于中波广播传播方式的特点，决定了其在白天时由于存在电离层，不但不反射中波，而且会吸收中波。因此，其在白天主要是通过地波传播，服务范围通常在200km内。在日落后，由于出现中波反射，传播范围达到了上千公里，但是此时传播效果不稳定，因此，要制定传播曲线，进一步计算杂散功率。一般情况下，杂散功率在40dB即达到国家标准，超过这一指标则需要进一步优化和调节。

6. 中波发射天线应用策略

中波发射天线实际应用中任何一个部件出现问题，都会影响其工作状况。因此需要加强天线系统维护，从而确保其工作质量。

6.1 提高电气设备维护水平

电气设备的平稳运行是确保中波发射天线正常运行的重要前提，因此，要做好电气设备的清洁工作。在我国广播电视台中，为确保广播传播质量，在固定时间检修，需要事先制订好科学的检修计划，详细排查容易出现故障的接口、元件，并清理灰尘、杂物，减少对天线运行的干扰。同时，技术人员要定期记录控制面板参数，对比不同时段的参数，检查设备问题，维修存在安全隐患的零部件，确保其运行的稳定性。

6.2 增加巡查次数

为减少天线故障发生，要构建完善的巡查制度，在实践工作中不断优化。通过定期检查发现潜在风险，提高检修人员的责任意识，避免流于形式。尤其是定期养护设备，要综合考虑设备运行负荷以及季节等因素的变化。

此外，要检查零部件的工作情况，对于拉绳、夹子进行润滑处理，及时清除锈迹，采取喷漆处理。天线由于直接暴露在空气中，经过风吹日晒的影响，容易发生老化和锈蚀的问题，因此，要加强天线管理，检查绝缘状况，在不同时间调节其松紧度，并根据天线的使用时间制订合理的检修计划，预防各种故障。

7. 结束语

与传统天线相比，新型中波发射天线具有更多优势，能够减少建设空间面积，二者适用于不同地区。并馈式自立天线可以实现多频工作模式，而锥面顶负荷天线则可以在建筑屋顶搭建，满足广播行业的不同需求。未来，我国广播电视会朝着更加先进、科学的方向发展，涌现出更多新技术与新设备。技术人员在实践工作中也要不断学习新的知识和技术，从而提高新技术的应用效果，推动广播行业的可持續发展。

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