中波广播覆盖效果提升实践

苗桀胜 胡绍明

（作者单位：甘肃省广电局无线传输中心五三五台）

1 甘肃省广播电视局535 台中波广播覆盖现状

甘肃省广播电视局535 台于2021 年新建了一座76 m 绝缘自立式中波发射天线，共塔播出684 kHz 和1 035 kHz 两个频率，发射功率均为10 kW。天线新址与兰州市区直线距离为20 km，且中间有5 座高山遮挡，信号接收地兰州城区比发射点位置低，落差约1 300 m；旧址天线位于兰州市区内，新天线系统建成后虽覆盖范围有较大幅度增加，但小部分区域收听效果不尽如人意，经覆盖仿真模拟，兰州城区大面积可用场强均处在边缘场强值，实际收测时若遇到遮挡或进入楼宇，信号的收听质量下降较为严重。

2 甘肃省广播电视局535 台中波广播覆盖分析

中波传播同时产生天波和地波，地波沿地表面传播覆盖（见图1），天波为对流层传播，是一种干扰现象。地波传播的镜像原理：若振子高度＜λ/2，则垂直振子（天线）和它的镜像共同组成一副对称振子。其中，H 为垂直场型高度，K、B、C、D、E、F、A、A’、K 为垂直场型边缘节点并形成电流闭合环路。F’为A’的镜像节点，h 为铁塔高度。

图1 场型传播图

地网埋深小于0.5 m。f（d）为地形包络曲线。传播方向由左至右，箭头表示波瓣方向性，E（场强）随传播距离增加而减小。

地波传播损耗因素包括介电常数 rε和电导系数σ。不同性质土壤 rε相差几十倍，而σ相差十几万倍至几十万倍，所以地波传播损耗主要受σ影响。其中，地网区（A′K）段σ产生的影响远大于远场区同等长度σ产生的影响。为减少地损失，地网长度应按0σ值设计。

3 地网与覆盖效果关系

在覆盖区内，如果接收效果较差，主要是有其他发射机的电磁波在电离层产生反射干扰，造成接收信号变坏或音质变差。在几千公里范围内，当没有新增发射机时，干扰和热噪声都不会发生变化，这时，提高接收场强就成为唯一改善音质的办法。接收场强式为：

式（1）中，Eu为标称可用场强，（夜间地波农村地区）；P为发射功率，dBV；Lt为馈线损耗，dB；G为天线增益，dBi；E0为归一化场强，dBμV/m。根据《频率在10KHz 到30MHz 的地波传播曲线》ITU-R P 368 中的图2 确定传播范围。La为地网效率因子，La=-10lgη（dB），η为地网效率。

图2 功率相加法计算曲线

甘肃省广播电视局535 台地网的土壤为较干燥土壤，地导系数介电常数rε =7。当地网的根数为120 根时，地网效率η（%）与地网长度M的关系式为：

式（2）中，M 为地网长度，m。若M=15m，η=37%；若M=80，η=65%，

△La=4.32-1.87=2.45 dB。计算说明，地网长度增加，等效于E0值（场强）的增加。表1 为载干比（C/I）、信噪比（S/N）与主观评分的关系。

表1 载干比、信噪比与主观评分的关系

通过表1，可以看出载干比越高，信噪比越高，音质等级越高。当接收场强增加后，声音信号的强度相应增加，音质等级相应增加。

4 解决办法

在实际工程中，欲收功率与非欲收功率空间场强的合成，可以采用功率相加法计算曲线图2 的办法，步骤如下：第一步，确定欲收场强E欲和非欲收场强E非；第二步， 非欲收场强E非叠加保护率A；第三步，计算场强差△=E欲-（E非+A）；第四步，根据△值查对应J值，J为合成场强。如果非欲收功率E非不止一个，先用功率合成办法合成所有的E非，再按上述步骤计算。

4.1 地波覆盖预测

地波覆盖预测由专业覆盖软件ATDI 计算。参数设置包括Nominal Power（发射机标称功率）；Tx ant gain（发射天线水平极化增益）；Rx ant gain （接收天线增益，取0 dB）；losses(损耗包括调谐网络、绝缘，同等损失dB）；附加损耗La=20lgη，η为发射天线效率，其值由匹配网络电阻值、绝缘电阻损失、地网长度、土壤特性等决定，取η=65%，（地网长80 m)；Frequency（工作频率684 kHz 和1 035 kHz）；Antenna height（天线高度，取中点位于地面0 m 位置）；Tx/Rx bandwidth（发射带宽取9 kHz ）；Horizontal pattern（天线发射场型取圆形）。设置完成后，再计算相应的覆盖，并叠加到电子地图上。

4.2 地网改造办法

为了扩大天线的有效覆盖面并提高其辐射效率，提高天线的实有增益是最好的方案，而减少地损耗则是最有效的解决措施。天线地网是为了减少地损耗而敷设的，当然在选择发射台台址时也要注意选择导电性能良好的地面，以减少地网的损耗[1]。

地网导线埋入地下，对减少地损耗而言，埋设得越浅越好，但由于地网占地很大，地面又要利用，为保护导线，地网埋设深度300～500 mm 为宜。

计算地损耗近似的方法：首先确定理想导电大地的电流分布，然后由这个分布电流及实际地面的土壤导电参数计算出地面损耗功率和地电阻。为了减少地电阻的损耗，应在天线底部铺设放射状地网，使地网导电电流与土壤导电电流的比值变大，等效于地电阻变小，相应的天线辐射效率也随之增加。天线的增益与天线的辐射效率成正比，敷设良好的地网相当于提高了天线增益。

本项目中天线高度为76 m，对1 035 kHz 而言为1/4 λ，对684 kHz 而言仅有0.17 λ。地网则以铁塔底部中心为圆心，用120 根直径3 mm 的紫铜线以放射状均匀向外敷设。为解决主城区场强值较低的问题，我们采用在朝兰州城区方向原敷设地网末端增加地网长度并在末端增设地桩的方法，确保地网加长并铺设牢固，经过精心调试确保发射机和天调网络达到最佳工作状态；播出设备、发射天线等再次良好接地并委托专业机构进行防雷接地测试，各项指标符合相关要求。至此，新址天线场形、增益、效率等性能均得到优化改善。如地网分布示意图3 所示，在扇形区域外，地网长度均为60 m，共96 根。在扇形区域内，由于存在2 个建筑物阻挡，改造前地网长度为15 m，改造后地网长度为80 m，共24 根。地网的焊接由扇形区两个边点和一个中点绕行后，避开2 个建筑物，再形成以铁塔底部中心为圆心，每3°均匀分布的地网放射性辐射区。地网埋设深度为300 mm，地网直径为3 mm，材料为紫铜线。

图3 地网分布示意图

4.3 验证

地网改造完成后，我们对播出设备和天调网络进行了多次调试，目前已达到最佳状态。为检验新址场强覆盖和播出质量，测试小组对新址和旧址的广播网络覆盖情况进行了场强和可听度测试，对比两地数据，分析搬迁后的覆盖和收听效果。测试小组共采集3 070个有效样本点，测试范围为兰州市区及榆中县，设备为车载接收机，每一个测试样本点包含场强、信噪比测试数据。再与原改造前场强和音质进行了比较，表中每一个测试点的值为平均值。场强测试对比结果如表2 所示，分值评价对比结果如表3 所示：

表2 场强对比结果

表3 分值评价对比结果表

改造后，频率为684 kHz 和1 035 kHz 的接收场强平均分别提高2.3 dBμV/m 和2.4 dBμV/m，分值平均提高0.35 分和0.34 分。0～15 km 范围内，由于场强值和音质评价均较高，所以改善效果不明显，15～40 km范围内，改造前后场强值和音质均有明显提高。

5 结语

由于中波频段波长相对较长，高山或高大建筑只有实际高度在数百米以上时才可能形成覆盖盲区，山或建筑越高，盲区越大。为改善盲区接收效果，在不增加覆盖点的情况下，如果采用提高发射机功率的办法是难以实现的，因为行业主管部门对发射机功率和天线增益有严格的规定。理论和实践均能证明，适当增加地网长度能够提高接收场强和改善收听质量，有效减轻覆盖区的干扰影响，并且采用增加地网长度的办法，投资较少、施工便利。