中波广播发射技术原理及维护技术

【摘要】为进一步提高对中波广播发射原理的认识，扩大其应用范围，确保对中波广播发射天线的维护效果，本文主要对中波广播发射技术原理及维护技术进行分析研究，在原理分析方面，主要对电磁波原理、中波频段、发射机原理、天线系统以及调制技术进行阐述，而维护技术主要包括对预防性维护策略、发射机维护、天线系统维护、故障诊断技术以及安全操作应用进行详细概述，以期为相关人员提供参考。

【关键词】中波广播；发射技术原理；维护技术

中图分类号：TN92 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.12.006

在当今数字化和网络化的时代，中波广播作为一种传统的广播形式，仍然在全球范围内扮演着不可或缺的角色，尽管现代通信技术飞速发展，但中波广播仍能凭借其独特的传播特性，尤其是在偏远和地形复杂地区保持着不可替代的地位，因此在紧急情况下，中波广播成为一个重要的信息传递渠道，可有效地指导人们进行避险和救援，由此可见了解中波广播的技术原理及其维护技术，对于维护社会信息传播的稳定性和可靠性具有重要意义。本文对中波广播发射技术原理和中波广播维护技术进行了分析研究，以降低中波广播设备故障率，保障广播节目安全播出。

1. 中波广播发射技术原理分析

1.1 电磁波原理

电磁波是电场和磁场的波动，能够在空间中以光速传播，中波广播中使用的电磁波频率范围大致在300 kHz至3 MHz之间，波长从100 m到1000 m不等，这些波在传播过程中能够绕过障碍物，如山脉和建筑物，这一特性使其非常适合广播用途，而中波的地面波传播使得信号能够沿地面传播很远的距离，尤其是在夜间由于电离层的影响减小，传播距离可以达到更远，这些基础特性是设计和使用中波广播系统时必须考虑的关键因素，直接影响到发射天线的设计、发射功率的设置以及最终的覆盖范围[1]。

1.2 中波频段特点

中波的频段范围是526.5 kHz到1606.5 kHz，在无线电通信中用于AM广播，这一频段的电磁波具有独特的传播特性，既能沿地面传播也能通过电离层反射回地面，从而实现远距离传输，而中波频段的地面波传播是其显著特点之一，信号能够沿着地表覆盖几百公里范围内，这种特性尤其适用于面向大范围地区的广播服务，但中波广播覆盖范围受到多种因素的影响，包括发射功率、天线高度和设计以及地形等。此外，中波频段的另一个特点是其在夜间能通过电离层反射，从而实现更远距离的传播，夜间电离层的D层衰减，E层和F层成为反射电磁波的主要层，使得中波信号能够跨越千里，实现国际广播，但这也意味着夜间中波广播会受到更远距离电台的干扰，对于频率规划和管理提出了一定的挑战[2]。

1.3 发射机原理

发射机是中波广播系统的核心，负责将音频信号转换为电磁波并通过天线发射到空中，其组件主要包括调制器、振荡器、放大器、滤波器以及其他辅助电路，每个部分协同工作，确保信号的稳定性和合规性，通常情况下调制器接收来自音源的音频信号，并将其施加到载波上，这一过程称为调制，而在中波广播中常用的调制方式是幅度调制（AM），其中音频信号控制着载波的幅度，振荡器则产生稳定的载波频率，为了确保信号在传输过程中的强度，经过调制的信号会被放大器增强，放大后的信号通过滤波器除去不必要的杂波和频率成分，避免对其他频段的无线电服务造成干扰。

在发射机类别上可以根据输出功率、效率、稳定性等多种因素进行分类，小型发射机仅供地方性广播使用，而更大型的发射机则能覆盖更广阔的区域，此外现代发射机集成了各种计算机控制技术，不仅提高了操作的便捷性，同时也优化了能耗管理，确保持续、可靠的广播服务。

1.4 天线系统原理

中波广播通常采用垂直偶极天线或者是定向天线阵列，以实现特定的覆盖需求和方向性辐射，垂直偶极天线由于其简单的结构和较好的地面波传播特性，被广泛应用于中波广播中，该天线主要由一个或多个垂直放置的金属杆组成，杆的高度一般接近或等于信号波长的四分之一，以优化辐射效率和信号覆盖。同时天线系统的设计和调谐是实现高效传输的关键，阻抗匹配和调谐不仅影响传输功率的有效性，还关系到发射机的长期稳定运行，正确的阻抗匹配可以减少反射功率，避免对发射机的损伤，通过精确调谐可以确保天线在其工作频率上有最佳的辐射效率，也可调整天线的物理长度以及添加调谐电路实现。同时天线系统还必须考虑其他环境因素，如风载、冰载和其他气候条件，这些因素都会影响天线的结构稳定性和性能，因此天线设计不仅需要考虑电气特性，也要兼顾物理强度和耐久性，以保证长期可靠的运行。

1.5 调制技术原理

在中波广播中最常用的调制方式是幅度调制（AM），幅度调制通过改变载波信号的振幅来传递信息，而频率和相位保持不变，调制深度即载波振幅的变化量，与原始音频信号的强度成正比，理想的调制深度对于优化信号的传输距离和质量非常关键，同时也影响到发射的带宽。在实际调制过程中，需要将音频信号通过麦克风或其他音源输入，并在前置放大器中被放大，然后放大后的音频信号会控制一个高频载波的振幅，当音频信号的电压升高时，载波的振幅增加，音频信号的电压降低时，载波的振幅减小，最终通过天线发射的信号将包含原始音频信息的完整复制品，而接收机在接收到这种调制的信号后，会通过解调过程恢复出原始的音频信号，供监听者收听。此外为了保持广播的清晰度和降低噪声干扰，发射机还会使用各种滤波器来确保信号的纯净度，并采用限幅器等设备来控制输入音频信号的动态范围，从而避免过调制导致的失真，功率放大器随后将调制好的信号放大到足够的功率水平，以便能够通过天线系统有效地向外辐射[3]。

2. 中波广播维护技术

2.1 预防性维护

预防性维护主要是通过定期检查和维修减少设备故障和延长设备寿命，包括对发射机的定期检查，如对电源系统、冷却系统、调制系统及功率放大器的功能检测，确保所有组件运行正常，无过热或过载现象，而对于天线系统的维护主要包括检查天线及馈线的物理状态，确保没有损坏、腐蚀或松动，同时进行阻抗匹配和驻波比（SWR）测试，确保信号传输效率，此外环境控制也是预防性维护的一部分，需要定期清理设备和环境中的灰尘、污垢，并检查防水、防潮措施是否到位，防止环境因素导致设备老化或损坏，同时做好对软件和固件的更新，定期更新发射站的控制软件和固件可以修复已知的漏洞，提升系统的稳定性和安全性。

2.2 发射机维护

发射机作为中波广播系统的核心，其维护是确保广播质量和稳定性的关键，日常维护主要包括性能测试、定期校准、清洁和故障诊断等方面，其中性能测试是维护工作的基础，确保发射机在最佳状态运行，测试包括功率输出、频率稳定性和调制深度等关键参数，测试时需要利用专业仪器，如功率计和频谱分析仪进行精确测量，通过功率计测量发射机的输出功率是否达到设计标准，而频谱分析仪则能检测发射频率是否存在偏移，确保广播信号的清晰度和覆盖范围，之后对于老化的设备进行定期校准，包括对发射机的各个组件，如振荡器和放大器进行校准，以保证设备性能符合制造商的规范，校准过程通常需要根据制造商提供的指南操作，并使用专业工具和仪器完成这一步骤。此外在测试过程中需要做好相关的清洁工作，防止过多的灰尘和污垢导致设备过热，出现短路现象，发射机的内部和外部需要定期清洁，特别是散热器和风扇等关键部位需要重视清理，以确保良好的散热性能。

2.3 天线系统维护

2.3.1 结构完整性检查

该检查主要关注天线及其支撑结构的物理状态，以便及时发现并解决导致性能下降或安全风险的问题，其中视觉检查是最基本且常用的方法，维护人员需要对天线塔进行全面观察，查找锈蚀、裂纹、腐蚀或任何异常变形的迹象，特别是对于塔体的焊接部位和螺栓连接处加强检查，因为该部分最易损坏，所造成的潜在威胁也更为突出，检查地基和固定装置的完整性也极为重要，确保没有水侵或土壤侵蚀现象。或者使用无损检测技术（NDT），如超声波检测、磁粉检测和射线检测进一步评估结构内部的缺陷，超声波检测可以透视金属内部，发现内部裂纹或空洞，虽然成本较高，但能够提供更深入的结构健康评估，确保检测的全面性，此外测量塔体的倾斜度也是检查的一部分，使用倾斜仪或激光测距仪可以精确地测量塔体是否存在倾斜及其倾斜的程度，从而评估结构的稳定性，而对于支撑绳和绝缘体的检查时，支撑绳需检查是否有磨损、锈蚀或松弛的迹象，而绝缘体则需检查是否有裂纹或其他损坏情况，防止对天线系统性能和安全造成影响。

2.3.2 阻抗匹配和驻波比（SWR）测试

阻抗匹配指的是使发射机、馈线和天线系统之间的阻抗相适应，以最大限度地减少反射波，提高功率传输效率，驻波比（SWR）是衡量阻抗匹配程度的重要指标，反映出传输线上前行波和反射波的功率比，理想状态下SWR为1∶1，表示无反射，实际应用中SWR低于1.5∶1通常被认为是可接受的。阻抗匹配通常通过调谐器或匹配网络实现，这些设备通过调整传输线路的输入阻抗匹配发射机的输出阻抗，进行匹配时首先测量天线系统的输入阻抗，然后通过调节匹配网络中的电容和电感的值，直到发射机和天线系统之间的阻抗相匹配，从而最小化反射波并优化功率传输。而SWR的测量通常使用SWR计或网络分析仪完成，测量过程中将SWR计连接在发射机和馈线之间，发射机输出一个稳定的信号，SWR计将会显示前行波和反射波的功率比，即SWR值，如果SWR值超过可接受范围，就需要进行阻抗匹配调整，通过调整天线系统或使用阻抗匹配设备（如天调网络），再次测量直到获得满意的SWR值[4]。

2.4 故障诊断技术

故障诊断技术主要对发射系统中可能发生的故障进行准确快速地检测和定位，通常这些故障包括硬件故障（如天线系统损坏、功率放大器失效）、软件问题（如控制系统故障）、或环境因素（如电源波动、过热），故障检测方法主要包括实时监控和数据分析，实时监控依靠发射系统内置的传感器和监测设备，如温度、电压、电流传感器以及反射功率和驻波比（SWR）指示器，实时追踪设备运行状态，数据分析则是通过历史运行数据，利用算法识别故障模式和异常指标，在预防性维护中起到了非常关键的作用。而故障定位方法包括信号追踪和部件替换，信号追踪是一种通过分析传输路径上的信号来确定故障位置的方法，例如使用示波器和频谱分析仪监测和比较各关键节点的信号特性，部件替换则是在高度怀疑某个部件存在故障时，将其替换为正常工作的部件，以验证是否是故障源，除此之外故障诊断还包括对软件系统的调试和诊断，例如使用专业的诊断工具检查控制系统的日志，分析导致系统异常的软件错误或配置问题，并根据问题分析提出具体的解决措施。

2.5 维护中安全操作

2.5.1 电气安全

由于发射站设备操作涉及高电压和大电流，确保操作人员和设备的安全是首要任务，在进行任何维修或检查工作之前，必须确保相关设备已经完全断电，并执行锁定/标签程序以防止意外通电，包括关闭主电源开关，并使用个人锁具和警告标签锁定开关，确保在维护期间任何人都无法重新通电，操作过程中要求维护人员穿戴绝缘手套、绝缘鞋和防护眼镜等个人防护装备，以减少电击和其他电气事故的风险，特别是在接触可能带电的设备或导线时，穿戴适当的PPE是必不可少的，并且所有手动和电动工具都要保持为绝缘，以避免通过工具形成导电路径，确保绝缘层没有遭到损坏。而在处理敏感的电子设备时，采取适当措施防止静电放电也是非常重要的，可通过使用防静电腕带、防静电垫以及确保维护环境的相对湿度控制在适当范围内实现，并确保所有操作人员都熟悉紧急停机程序和救援计划，发生电气事故时快速有效地应急响应可以最大限度地减少伤害[5]。

2.5.2 高空作业安全

在中波广播发射站的维护工作中，高空作业是不可避免的一部分，尤其是在进行天线系统维护和检查时，高空作业安全对于保护维护人员的生命安全至关重要，首先制定和遵守严格的高空作业计划和程序是保障安全的基础，在作业前应进行详细的安全评估，包括作业环境的风险评估和作业人员的健康状况检查，并且要求所有高空作业人员必须接受专业的安全培训，了解高空作业的潜在风险，掌握必要的安全知识和紧急处置方法，同时在高空作业中保持通讯畅通也极为重要，应确保作业人员随时能与地面团队保持有效沟通，以便在遇到紧急情况时，能够及时采取措施或获得援助，高空作业应尽量避免单独进行，至少应有一名观察员在地面对作业人员进行监督，确保作业安全，最后作业结束后，应对所使用的所有安全装备进行检查和维护，确保下一次使用时所有处于良好的状态，达到循环使用的效果。

3. 结束语

通过对电磁原理/中波频段特有的传播特性、发射机构成、天线系统设计以及调制技术等核心方面的分析，不仅能够提高对这一传统广播形式技术细节的认识，同时还可进一步强调适应和优化这些系统是保持广播服务质量和可靠性的关键。而维护工作的精细化和科技化不只是对设备长效运转的保证，更是对广播事业责任与承传的体现，随着科技的进步，维护技术的发展将使中波广播能够更有效地服务于现代社会，不仅确保信息传输的稳定性，还能在紧急情况下作为关键通信手段，最终促进社会和谐发展。

参考文献：

[1]于涛.中波广播发射技术的维护和发展趋势[J].卫星电视与宽带多媒体，2024，21（01）：45-47.

[2]常青.无线电中波广播发射技术与维护[J].科技创新与应用，2023，13（07）：165-168.

[3]冯学精.中波广播发射技术及维护措施探讨[J].电子测试，2022（15）：128-130.

[4]马玉娥.中波广播发射技术及维护探析[J].西部广播电视，2022，43（06）：234-237.

[5]冯学精.中波广播发射技术原理故障及维护要点[J].大众标准化，2022（03）：52-54.