中波廣播發(fā)射天線地網(wǎng)及匹配網(wǎng)絡(luò)探析

沈代承

國家廣播電視總局五五二臺(tái) 福建省 福州市 350007

引 言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，高層建筑物密度增加，多數(shù)中波發(fā)射臺(tái)的地理位置已深入到城市當(dāng)中，不再處于城市邊緣，由于城內(nèi)高層建筑的連續(xù)遮擋，影響了天線輻射場型，加上中波天線自身因城市建設(shè)帶來的地網(wǎng)破壞，在同等級(jí)功率輸入的情況下，輻射效能會(huì)大幅下降。中波發(fā)射天線最大輻射區(qū)域主要受傳播路徑、地導(dǎo)系數(shù)、天線結(jié)構(gòu)、地網(wǎng)敷設(shè)、網(wǎng)絡(luò)匹配的影響。以上因素，唯后兩者是技術(shù)人員可以在日常維護(hù)中進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的。因此，理解清楚中波發(fā)射天線地網(wǎng)和匹配網(wǎng)絡(luò)的作用，并正確安裝維護(hù)具有十分重要的意義。

1 中波天線的地網(wǎng)

目前，在用的中波發(fā)射天線有自立塔型和拉線型兩種，它們都是發(fā)射垂直極化波的立式桅桿天線，主要的輻射結(jié)構(gòu)由垂直且與大地絕緣的塔身部分和塔基以下呈放射狀的地網(wǎng)部分組成。

1.1 天線地網(wǎng)的作用

中波發(fā)射天線是能量轉(zhuǎn)換的技術(shù)設(shè)施，它在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體中傳輸電能向空間中傳輸電磁能轉(zhuǎn)換過程中，天線塔體產(chǎn)生的電場能量通過大地構(gòu)成一個(gè)徑向電流，回流到天線底部，從而構(gòu)建空間電磁波。但是，天線近場區(qū)的電場能量存在著諸多損耗，最主要的是電磁能在大地上的衰減。有效的地網(wǎng)鋪設(shè)，使徑向電流有了低阻通道，流過地網(wǎng)的電流會(huì)隨之增加，這就提高了塔身電磁能量回流效率，相應(yīng)的地面損耗減小，從而使更多的電磁能向天線遠(yuǎn)場區(qū)輻射。

當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)缺失后，因地網(wǎng)銅線長度減小導(dǎo)致低阻通道上的徑向電流減少，接地電阻增大，流經(jīng)地面的電流隨之增大，地?fù)p耗增大，這種損耗隨著發(fā)射頻率的增加而增大。天線輻射能量在未向遠(yuǎn)場傳播前就有很大一部分在地網(wǎng)區(qū)域損失，隨著地網(wǎng)耗散能量的積累，不可避免地會(huì)造成中波傳輸能量的不足，最終導(dǎo)致天線覆蓋面積減小，場型畸變。

所以，簡單的歸納為：地網(wǎng)是中波天線發(fā)射電磁波的接地回路，為了減小地電流的損失，需努力維護(hù)地網(wǎng)的完整。

1.2 天線地網(wǎng)的鋪設(shè)

工程建設(shè)中，地網(wǎng)鋪設(shè)的方法是：以塔基為中心，呈放射狀，間隔3度角，鋪設(shè)120根長度為0.2-0.5倍發(fā)射頻率波長，直徑3-5mm的銅線。全部地網(wǎng)線要焊接在一起，并且與天線接地地井連接，連接點(diǎn)要處于塔塔基絕緣底座以下，不能和塔身相連。地網(wǎng)銅線鋪設(shè)深度距地面約30厘米，過淺鋪設(shè)容易使地網(wǎng)受到植物根系侵蝕或受地表重壓破壞，過深鋪設(shè)使地阻增大，達(dá)不到實(shí)際效果。因物理損傷導(dǎo)致地網(wǎng)缺失后，應(yīng)采用續(xù)接的方法，及時(shí)補(bǔ)充完整。實(shí)際使用中，對(duì)于76米拉線塔地網(wǎng)銅線長約80米，錐型小天線隨塔身高度不同鋪設(shè)30-50米。

2 中波調(diào)配網(wǎng)絡(luò)

為了使發(fā)射機(jī)輸出的能量最大化傳輸?shù)街胁òl(fā)射天線，在饋管（電磁能傳輸載體）的兩端要做阻抗匹配。中波發(fā)射天線的阻抗匹配主要是將天線的輸入復(fù)阻抗通過變換電路，轉(zhuǎn)化為饋管的純阻特性阻抗。

2.1 設(shè)計(jì)

調(diào)配網(wǎng)絡(luò)主要包含阻抗變換網(wǎng)絡(luò)和濾波網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)時(shí)，通常以饋管側(cè)向天線側(cè)逐級(jí)計(jì)算，即電能正向傳輸?shù)姆较颉?/p>

阻抗變換網(wǎng)絡(luò)要根據(jù)系統(tǒng)輸入端口、輸出端口的阻抗數(shù)值和網(wǎng)絡(luò)Q值要求，設(shè)計(jì)不同形式的變換網(wǎng)絡(luò)，主要有L型、T型和∏型網(wǎng)絡(luò)。濾波網(wǎng)絡(luò)主要是防止不同頻率干擾信號(hào)反向饋送到發(fā)射機(jī)，包括阻塞網(wǎng)絡(luò)、陷波網(wǎng)絡(luò)等。此外，還要增加阻抗預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，用于改變天線輸入阻抗，降低系統(tǒng)Q值；還有用于高壓直流泄放的線圈及雷電放電球等器件。

上述各類“網(wǎng)絡(luò)”均是由電感和電容以串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振原理組成的，使用線圈和電容首要考慮器件耐壓性能和額定功率。線圈的選擇要遵循選擇合適線徑的電感線圈，以3A/mm的直徑，20%的余量來進(jìn)行選擇，線圈短接線應(yīng)安置在線圈內(nèi)部。電容的使用要充分滿足耐受電壓和電流要求，并通過增加冗余度來提高電容的安全性。為增強(qiáng)系統(tǒng)的最大功率，可使用多個(gè)同型號(hào)電容，通過串聯(lián)、并聯(lián)組成電容組，減少單個(gè)電容通過電流。

2.2 安裝

調(diào)配室內(nèi)的線圈和電容安裝需要注意連接的便捷性，同時(shí)兼顧“順序”的電磁通道，不能有“飛線”“跳線”，調(diào)配網(wǎng)絡(luò)接地要盡量避免和天線接地井相連，調(diào)配室內(nèi)墻體要鋪設(shè)銅網(wǎng)或鐵皮，并將屏蔽導(dǎo)體接地，以增加電磁兼容性能，防止外來強(qiáng)電場干擾調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，增加系統(tǒng)可靠性。器件安裝時(shí)注意以下要點(diǎn)：

其一，安裝線圈時(shí)，任意兩組線圈軸線的放置方向不能平行，也不能在緊鄰的位置安裝，要遵循垂直的放置原則，盡量減少兩者間的互感干擾。

其二，安裝電容時(shí)，要注意擺放位置，尤其要注意串并聯(lián)組成電容組上面產(chǎn)生的分布電容，要盡量有規(guī)則的安裝放置全部器件。

其三，通常情況下，整個(gè)系統(tǒng)接地銅帶的寬度為6-10cm，厚度為0.3-0.5mm。銅帶應(yīng)與調(diào)配室內(nèi)的地線可靠連接。

器件之間的連接銅皮根據(jù)不同的功率容量選用不同的銅帶，同時(shí)也要注意連接銅皮分布電感對(duì)線圈的影響，盡量減少180度以上的扇形弧度連接，更不能有90度折角，以免尖端放電，破壞器件。在連接端口要連接牢固，并打磨光滑，不要有尖角，連接銅皮之間的距離要適當(dāng)，防止短路打火。

3 結(jié)束語

中波發(fā)射天線在日常維護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)發(fā)射機(jī)儀表數(shù)據(jù)反應(yīng)的入射功率、反射功率等傳輸狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)。重點(diǎn)是關(guān)注夏、冬季換季氣候和干燥、多雨時(shí)的天線系統(tǒng)狀態(tài)，如果天線駐波比過大或發(fā)射功率不穩(wěn)定，則需要考慮及時(shí)調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)天線輸入阻抗變化頻繁時(shí)，可考慮對(duì)地網(wǎng)進(jìn)行修補(bǔ)維護(hù)。