无线电中波广播发射技术与维护分析

栾智汇

（白山市临江电视转播台，吉林白山 134300）

1 无线电中波广播

无线电中波广播采取调幅调制方式，频段为526.5～1 606.5 kHz，波长为570～1 870 m，传播形式主要为地波，大功率远距离通讯则选择天波+地波形式，以形成稳定覆盖范围[1]。一般无线电中波广播覆盖区域为单一陆地性质介电常数，其覆盖场强选择单一传播路径计算方法，即基于万·代·波尔与不莱梅电波沿球形地面绕射理论的地波场强计算，具体如下：

式中，E0为任意点接受场强，mV/m；r为中波接收点到中波发射机的地面距离，km；|W|为绕射衰减因子的模；P为发射功率，kW；GT为发射天线增益。

2 无线电中波广播发射技术

2.1 发射机应用技术

无线电中波发射系统由发射系统、中波地网、天馈线系统、信源系统、供配电系统、综合防雷及接地系统几个部分组成。其中发射系统包括发射机、中波桅杆天线、天线调配网络、桅杆天线地网及其他元器件。发射机是发射系统的核心，由音频部分、电源部分（直流电源、交流电源）、射频部分、控制部分（自动开关机、自动巡检、故障自动报警、自动显示工作状态参数等）等几个部分构成，其可在处理接收音频信号的同时调制因机器振荡产生射频信号，进而放大信号对已调波信号进行滤波、阻抗变换，获得适宜在馈线传播的已调波信号。从功率等级来看，无线电中波广播发射机包括单机输出功率超50 kW 的大功率发射机（50 kW、100 kW、200 kW、500 kW）与单机输出功率小于50 kW 的中小功率发射机（15 kW、10 kW、1 kW）。

2.2 天馈匹配网络技术

无线电中波广播发射质量受天馈匹配网络的直接影响。天馈匹配网络是在精准测量天线在发射载波频率上特性阻抗、边带阻抗的基础上，结合发射设备本身功率特性、外界环境高频干扰因素，合理运用抑制外界高频倒送的阻塞网络（或陷波网络），确保网络内各个元件正常发挥作用，网络间匹配度更高，且电压、伏安量处于恰当范畴[2]。

天线阻抗为复数阻抗，含实部电阻与虚部感抗（或容抗），根据工作频率的差异，对应的天线在发射载波频率上特性阻抗也具有一定差异。而发射机输出阻抗为定值纯电阻阻抗（50 Ω、230 Ω 等），具有相应特征阻抗的馈线可完成发射信号到天调室的输送，期间天线阻抗作为复数阻抗随着边框、高度、频率的变化而变化。为确保实部电阻与馈线特征电阻相等，且天线阻抗虚部电抗相互抵消，可借助电抗元件与电容匹配的方式插入无线电中波广播发射系统。常用的电抗元件与电容匹配方式为 型，在 型匹配形式中，天线阻抗为实部阻抗与虚部阻抗，根据频率表现天线阻抗存在差异，天馈匹配网络技术应用的关键在于调制实部电阻，促使实部电阻与馈线阻抗相等，再对虚部阻抗进行谐振抵消促使其等于0。一般在实部阻抗小于馈线阻抗时，可选择正 型网络，先串联电抗元件并调整实部电阻与馈线阻抗相等，再并联电抗元件抵消虚部电抗，实现天馈网络匹配。在虚部电抗数值较小的情况下，可直接使用串联电感、并联电容（或串联电容、并联电感）的方式，抵消虚部电抗；在实部阻抗大于馈线阻抗时，可选择反 型网络，先并联电抗元件并调整实部电阻，再串联电抗元件促使实部电阻与馈线阻抗相等，且内部并联元件（2个电抗元件性质相反）电抗值自动抵消天线虚部阻抗串并互化值。在 型网络无法满足无线电中波广播发射天馈网络匹配要求时，可根据天线虚部阻抗与实部阻抗间的关系，选择T 型网络（或π 型），以串联、并联转换为基础，设定无线电中波发射天馈网络回路品质因数在2～6。一般在天线虚部阻抗小于2倍实部阻抗时，选择T 型网络；而在天线虚部阻抗大于等于2倍实部阻抗时，选择π 型网络。

2.3 天线铺设技术

在无线电中波广播发射技术中，天线铺设是极其重要的组成部分。无线电中波广播多选择终端开路的驻波天线——单根桅杆天线，天线末端为电流节点[3]。理想情况下，以大地为传输介质的垂直振子内镜像阵子、源振子电流分布等幅同向，垂直阵子的辐振方向（仰角、天线高度）与相位系数、波长具有较大关系，水平面的辐射电场强度则与天线高度具有较大关系。在方位角为0°时，天线高度对地波场强具有直接影响，地波场强与天线覆盖距离呈正相关。根据天波发射仰角与跨开距离成负相关的特点，可选择天线高度为1/2波长周边的天线，在保证地波强度与大跨度距离的同时，规避拟规划服务器形成衰落区。从天线结构来看，理想天线形式应为含一定锥角无限长锥形天线且输入阻抗与自由空间波阻抗相等，在无限长锥形天线无法实现的情况下，可将无线电中波广播发射天线椎体突变修改为渐变、缓变，以减少发射波长。同时为保证天线覆盖效果，在天线发射频率与高度一定情况下，可借助加感法引入集中参数扩大天线直径，打造四边形塔体的上翘锥形天线结构，顶部为指数曲线（或高斯曲线）椎体。其中锥形塔体顶部为直径4～10 m 的金属导体；塔体则为角钢制作，与φ10 m地网连接。对应天线馈电形式为非平衡单极，电流经天线阵子与电流镜像形成对称曲线阵子分布，经垂直极化完成地波传输。

中波桅杆天线敷设电磁波辐射渠道为大地，大地非理想导体，电流通过期间无法避免损耗问题，加之天线本身导体损耗、底部绝缘高频损耗的存在，需考虑天线辐射效率与天线输入功率（有效功率减去馈线损耗、调配网络损耗）与桅杆天线振子损耗（大地回路损耗、天线振子损耗、高频损耗等）。同时考虑到天线高度较低时其底部周边地电流处于较大的数值，提高天线辐射效率成为降低地损失的有效手段，在天线底部周边辐射良好地网则是提高天线辐射效率的关键。一般在天线高度一定时，地网辐射半径需稍微等于或超出桅杆天线高度。如在铁塔基础30 m 半径范围内，以铁塔基础底座为中心，辐射状辐射φ3紫铜线，并在30 m 半径位置，借助φ3紫铜线设置汇流环，将其余紫铜线可靠焊接于汇流环。

3 无线电中波广播维护要点

3.1 开发应用远程监管软件

无线电中波广播发射台远程监管平台是在网络通信技术、计算机应用技术、现代控制技术、软件数据库技术等现代化技术支持下的系统，可实现无线电中波广播发射机房自动播出控制、远距离监管及故障自动诊断、自动处理，实现“有人值守，无人值班”[4]。一般无线电中波广播发射远程监管平台由远程监控端、现场设备监测系统、数据传输系统部分组成，具体如图1所示。

图1 无线电中波广播发射远程监管平台结构

如图1所示，远程监控端负责将控制数据流传送至数据传输系统、现场设备监测系统；而现场设备监测系统则负责将状态数据流传递至数据传输系统、远程监控端。其中现场设备监测系统不仅负责实时侦听并分类处理自动播控端上报故障及火灾、破坏等特殊故障，而且负责实时操控发射机开关、空调开关，并统计播出报表与维护月报表；数据传输系统可定期更新无线电中波广播发射运行数据并进行校时；远程监控端负责遥控监测无线电中波广播发射台工作，并及时处理维修派遣单。

3.2 加强日常维护管理

3.2.1 清洁

无线电中波广播发射系统极易覆盖灰尘，进而影响系统散热，引发系统元器件短路问题，埋下无线电广播信号发射失真隐患[5]。维护人员应加强对除尘工作的关注，避免灰尘大面积覆盖无线电中波广播发射系统影响系统正常稳定运行。在清洁工作开展过程中，不仅需清洁无线电中波广播发射系统设备、元器件与仪器仪表，如功放单元、激励器、控制器、轴流电机等，而且需清洁发射系统所在环境，减少源头污染，为无线电中波广播发射系统安全可靠运行提供优质环境。

3.2.2 防腐

无线电中波广播发射涉及各种电气设备，多数设备在长时间外界运行过程中出现腐蚀问题的风险较高，直接影响设备使用质量与运行年限[6]。因此，维护人员应全面检查以天线桅杆为代表的发射天线外围装置，结合实际工作环境，制订针对性防腐措施。若天线桅杆等外围装置已严重腐蚀，则维护人员应及时更换天线桅杆等外围装置，并进行相关设备区域锈蚀痕迹的清洁，确保无线电中波广播发射设备安全可靠运行。

3.2.3 网络调试

无线电中波广播发射系统内非线性元件（电容、电感等）对温度变化较为敏感，极易在温度周边环境下出现明显数值变化。因此，维护人员应注重不同气候和时间段的广播发射系统网络调试。根据发射机工作异常状态高发时间，可设定每年春季4月底到5月、冬季11月底到12月。在特定时间段，维护人员可以天调网络实部阻抗为主，以虚部阻抗为辅，反复调整并标记最佳部位点。同时维护人员可观察发射机面板多功率电压表天线、滤波零位与功率表反射功率，并根据接天线端口峰值电压进行天线放电球间隙调整，一般为每1 mm 调整1 000 V，避免放电球间隙过大影响发射机天调网络元器件正常运行，或放电球间隙过小造成放电瞬间短路。

3.2.4 零部件维护

在无线电中波广播发射系统中，零部件和电气元器件数量较多，相关元器件与零部件极易因电流热效应而出现损伤，进而导致无线电中波广播发射系统整体运行效率下降[7]。因此，应定期检查系统零部件与电气元器件，结合相关零部件与元器件的属性、物理性能，采取适宜的维护措施，避免零部件与电气元器件毁损引发整个无线电中波广播发射系统瘫痪。

3.3 及时处理运行故障

3.3.1 缓冲放大器故障处理

缓冲放大器故障表现为发射机信号发射异常，发射装置整体运行失稳，甚至影响广播节目的正常播出[8]。如在凌晨开机时机器无法正常开启且面板激励红灯亮起、射频欠激红灯亮起故障发生时，维护人员应从倒备机运行后开始，对电源板、监测显示板及射频激励板上全部保险丝进行检查，并确定各级电压及射频激励前级工作状态正常。随后维护人员可监测电子开关脚激励信号，在发现电子开关脚输出端无输出电平的情况下，可初步判定为三极管脚人为短路故障，可重新连接管脚，解除故障。

3.3.2 发射机功率故障处理

发射机功率故障表现为整体信号传输质量下降甚至中断，接收音频数据时有时无。发射机功率故障发生的主要原因是温度升高，即发射机电子管阳极散热器、各电极引出线、管壳、引出环等热气经出风口排放到机房，出风口温度在80 ℃以上，致使送入发射机冷却风温度在35 ℃以上，大功率电子管外壳温差超出40 ℃，对应电极引出环因过热而接触不均，电子管因过热而振荡变形。根据故障原因，维护人员可将高耗电的电子管功率发射机位置由发射机旁移动到机房外侧通风位置，将进风管道设置为直线，降低发射机工作温度，解除故障。

4 结束语

综上所述，无线电中波广播发射技术的合理应用，对广播节目播出安全性具有直接的影响。相关人员应主动利用数字调制发射机等现代化中波广播发射技术成果，实现中波广播智能化、自动化运行。同时根据台站机房环境恶劣、风险因素高的特点，维护人员应积极应用基于网络化的远程管控模式，对各个无线电中波广播发射分布式节点进行远距离集中式管控，在降低现场值班工作量的同时，规避无线电中波广播发射设备运行故障，提高无线电中波广播发射系统运行效率。