廣播電視系統(tǒng)中波發(fā)射天線技術(shù)研究

李乃濤

【摘要】當(dāng)前我國廣播事業(yè)發(fā)展速度較快，其中中波廣播發(fā)射技術(shù)由于自身的特點以及應(yīng)用優(yōu)勢，在廣播領(lǐng)域中重要性較為突出，尤其針對一些偏遠地區(qū)以及信號不發(fā)達區(qū)域，通過中波廣播能夠更好地服務(wù)人民群眾。同時，中國廣播發(fā)射技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠提升信號傳輸安全性以及穩(wěn)定性，能夠提升受眾收聽節(jié)目的視聽體驗。本文主要針對中波發(fā)射天線的種類以及技術(shù)特點展開探討，旨在為提升中波廣播發(fā)射技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】中波廣播；發(fā)射天線；維護措施；安全維護

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.07.005

進入新時期，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，推動了廣播電視媒體的發(fā)展。在廣播行業(yè)中，中波廣播占據(jù)著主導(dǎo)地位，構(gòu)建了現(xiàn)代的廣電行業(yè)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，給人們的生活提供廣播服務(wù)，豐富了人們的精神生活。但是，從技術(shù)上說，中波發(fā)射天線主要以電磁波為載體，其擁有嚴格的技術(shù)標準，形成一套標準化系統(tǒng)，主要是通過發(fā)射指令控制相關(guān)元件，形成波導(dǎo)，從而確保廣播信號傳輸?shù)耐暾?，最終提供穩(wěn)定的廣播服務(wù)。中波廣播與微波或其他方式的廣播來說，中波具有抗干擾性好的優(yōu)勢，可在惡劣天氣條件下完成信號傳輸，對于廣播電視行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。因此，深入研究分析中波發(fā)射天線的類型與技術(shù)特點具有重要的現(xiàn)實意義。

1. 無線電中波廣播發(fā)射技術(shù)原理

廣播電視系統(tǒng)具體分為節(jié)目制作、播放、信號發(fā)射以及信號接收等諸多環(huán)節(jié)，在設(shè)備終端重新轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖像及聲音。其中信號發(fā)射主要將廣播電視節(jié)目信號調(diào)制為載波，并利用饋線系統(tǒng)傳輸?shù)桨l(fā)射天線。而信號發(fā)射工作具體由各種類型的中波以及饋線等完成，廣播信號發(fā)射系統(tǒng)涉及設(shè)備數(shù)量較多，其中主要設(shè)備包括電源設(shè)備，冷卻設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備，信號源設(shè)備等。

對于無線電中波來說，主要采取調(diào)幅方式，例如MW使用AM調(diào)制方式的廣播，而且中波傳播主要以地波為主，這主要是由于無線電遇到導(dǎo)體時則會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這樣導(dǎo)致電波能量隨之減弱，特別是大地導(dǎo)體對于中波具有一定的吸收，導(dǎo)致以地波形式傳播的中波實際傳播距離受限。特別是白天基于陽光照射的情況下電離導(dǎo)電性明顯增強，以天波形式傳播的中波會被電離層吸收，而地波形式的中波則會被大地吸收，因此白天用戶很難接收到中波信號，而夜間基于電離層中電離子的復(fù)合作用，電離層實際導(dǎo)電性變差，采取天波形式傳播的中波傳輸距離增加。目前中波廣播電臺發(fā)射到用戶接收實際傳播范圍可達數(shù)百公里以上，并且不容易受到各種建筑物的干擾，還有一些愛好者自制中波接收裝置，能夠達到跨洋接收。

一般來說無線電中波廣播發(fā)射技術(shù)應(yīng)用時，為了確保技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，中波廣播發(fā)射應(yīng)當(dāng)以地網(wǎng)及天網(wǎng)復(fù)合傳輸方式為主，其能夠確保傳輸信號的品質(zhì)以及信號接收穩(wěn)定性。其中中波廣播采用地網(wǎng)傳輸方式應(yīng)用時，其對于地網(wǎng)鋪設(shè)質(zhì)量要求較高，并可顯著減少電子干擾，并且當(dāng)前地網(wǎng)相關(guān)設(shè)備及線路主要在地下鋪設(shè)，所以其發(fā)生問題時維護難度較大，難以在這段時間內(nèi)確定故障問題，這樣會在一定程度上影響中波廣播傳播質(zhì)量，也會增加維護成本。

無線電中波廣播發(fā)射技術(shù)應(yīng)用過程中，天線高度及天線效率作為關(guān)鍵性的影響因素之一，其中天線高度與中波天線輻射場強具有明顯關(guān)聯(lián)性，特別是中波天線輻射出場強水平方向呈現(xiàn)圓形，其天線高度應(yīng)控制在0.25～O.5λ，實現(xiàn)場強最大化，這樣可以顯著減少天波衰減程度?；诖_保中波廣播發(fā)射天線發(fā)射效率及發(fā)射質(zhì)量，廣播電臺工作人員應(yīng)當(dāng)掌握各種發(fā)射天線實際發(fā)射效率，并根據(jù)實際需求選擇合適的發(fā)射天線，而天線效率具體為天線輻射出去的功率（即有效地轉(zhuǎn)換電磁波部分的功率）和輸入到天線的有功功率之比，如天線效率小于1時，則表明天線效率較高。而天線效率與地網(wǎng)結(jié)構(gòu)及使用質(zhì)量密切相關(guān)，因此基于確保天線保持最大使用效率，工作人員需重點做好配套地網(wǎng)建設(shè)工作。

2. 傳統(tǒng)中波發(fā)射天線及技術(shù)特點

傳統(tǒng)中波發(fā)射天線主要包括桅桿天線和自立式天線，也是我國適用范圍最廣的中波發(fā)射天線。

2.1 桅桿天線

桅桿天線早在20世紀30年代就得到了廣泛使用，是當(dāng)時唯一使用的中波發(fā)射天線。為確保架設(shè)與安裝方便，桅桿天線的設(shè)計截面為三角形，塔高比較固定，一般不超過8m。

桅桿天線的每一層塔節(jié)主要使用法蘭盤與螺栓構(gòu)件，桅桿拉繩使用鍍鋅鋼絲制成的三股拉繩，但是由于感應(yīng)電流的出現(xiàn)，導(dǎo)致二次輻射，會對廣播發(fā)射方向產(chǎn)生一定的影響，因此，會使用絕緣子減少這一問題的影響。

由于桅桿天線具有架設(shè)簡單、形狀規(guī)則、加工便捷、成本低廉等特點，在新中國成立之后得到了廣泛推廣和使用。但是，由于其制造簡單，在某些時候會出現(xiàn)較多的問題。例如，由于桅桿高，在發(fā)射低頻、大功率信號時，需要加裝天線籠，會增加塔身的負荷，同時，要加裝絕緣體，在一定程度上增加了底部壓力以及制造成本。

此外，由于拉線與地面保持45°夾角時的受力負荷最為理想。因此，其建設(shè)所需空間較大。近年來，由于我國土地資源短缺，導(dǎo)致此類天線的實際應(yīng)用越來越少。

2.2 自立式天線

自立式天線的結(jié)構(gòu)是拋物線造型，能夠充分發(fā)揮天線的性能優(yōu)勢。自立式天線主要使用特殊絕緣底座，以塔底與地基作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并配備專門的調(diào)配室。絕緣底座是中波發(fā)射天線重要構(gòu)件，具有質(zhì)地堅硬、隔絕電流的特點。與桅桿天線相比，自立式天線占地面積小，造型更加美觀，還能大幅降低建造成本。

此外，可以通過熱鍍鋅處理，降低金屬腐蝕的影響，在空氣濕度高的地區(qū)也能使用。但是，此類天線存在比較明顯的缺點，首先是絕緣底座的制造工藝復(fù)雜，價格高昂，容易損壞，因此逐漸被新型天線取代。

3. 新型中波發(fā)射天線及技術(shù)特點

新型中波發(fā)射天線是在傳統(tǒng)天線的基礎(chǔ)上改進而來的，目前我國國內(nèi)主要使用的新型中波發(fā)射天線有并饋式自立天線、錐面頂負荷天線。

3.1 并饋式自立天線

并饋式自立天線采取的是普通自立鐵塔結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況優(yōu)化塔架設(shè)計，在自立鐵塔周圍通常還有數(shù)根導(dǎo)線連通平臺與饋電。其與傳統(tǒng)天線類型相比，由于不使用絕緣底座，建造成本較低，但是仍舊需要鋪設(shè)地網(wǎng)。

并饋式自立天線的優(yōu)勢包括：①不使用絕緣底座，占地面積進一步減小，建造成本較低；②發(fā)射功率高，覆蓋范圍更大；③天線效率高；④造型美觀，可以與周圍建筑物更好地融為一體。因此，并饋式自立天線在國外已經(jīng)得到普及使用，技術(shù)也比較成熟，但是在我國的使用時間短，僅有十幾家電視臺使用。

3.2 錐面頂負荷天線

錐面頂負荷天線是我國近年來引進的一種小型天線，具有電磁干擾小的優(yōu)勢，對周圍建筑物的影響較小，即使在距離發(fā)射空間僅30m的地方安裝30kW的天線，也不會影響機房設(shè)備的運行狀況，其覆蓋范圍與鐵塔天線相近，具有應(yīng)用靈活、功率小的優(yōu)勢，在數(shù)字廣播中有著較好的應(yīng)用效果。

錐面頂負荷天線的優(yōu)點在于占地空間小、安裝靈活，在城市中有著較好的應(yīng)用價值。同時，錐面頂負荷天線高度較低，被雷擊中的風(fēng)險較低，可以保護天線的安全性，且具有較高的帶寬，可以滿足數(shù)字廣播的需求，維修與養(yǎng)護較為方便，因此可以推廣使用。錐面頂負荷天線具有的多種優(yōu)勢可以突破傳統(tǒng)天線的不足之處，在城市中波廣播建設(shè)中也有較好的應(yīng)用價值。

4. 傳統(tǒng)天線與新型天線的差異

中波廣播具有成本低、覆蓋范圍廣、接收方便等優(yōu)勢，即使是在信息技術(shù)快速發(fā)展的英、美、法等發(fā)達國家，也仍舊保留著一定數(shù)量的中波廣播電視臺，由此可見，中波廣播建設(shè)具有一定的現(xiàn)實意義。

我國中波廣播電視臺的大規(guī)模建設(shè)是在20世紀50年代至70年代，近年來，由于社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，廣播電視臺得到快速發(fā)展，新型天線也得到推廣使用，但是仍舊有部分地區(qū)保留著傳統(tǒng)中波發(fā)射天線。因此，要深入分析二者的差異，從而推動廣播電視臺實現(xiàn)改造與升級。

傳統(tǒng)天線多為垂直振子天線，高度從五六十米到一百多米不等，考慮到塔身安全，要使用斜拉線固定。例如，某地區(qū)使用的桅桿天線塔高150m，需要在三個方向使用斜拉線固定，占地面積大約為65000m2。

地網(wǎng)作為桅桿天線的重要組成部分，天線輻射主要是以地面和地網(wǎng)為輻射回路，因此，地網(wǎng)建設(shè)會直接影響天線效率。為提高天線效率，要大幅降低損耗，而地網(wǎng)就是為降低損耗而提出的設(shè)計。

地網(wǎng)敷設(shè)通常以塔底中心為核心，放射狀均勻鋪設(shè)銅線。桅桿天線的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是其占地面積較大，建造成本高，會受到場地限制，很難獲得理想的傳播效果。在發(fā)射低頻率、大功率信號時，塔身負荷大，我國尚不能生產(chǎn)絕緣底部，因此只能依靠進口，而新型天線則可以突破這一限制。

新型天線中的并饋式自立天線在歐美國家得到廣泛使用，其與傳統(tǒng)天線相比具有很多優(yōu)點：①能夠去掉絕緣底部和固定拉線，減少天線的建設(shè)空間，降低建設(shè)成本；? ②采取直流接地的方式，能夠減少雷電影響，提高系統(tǒng)的運行安全；③具有輸出功率大與多頻工作優(yōu)勢，可以同時使用FM、TV天線，對其運行狀況無明顯干擾；④由于沒有使用固定拉線，對建設(shè)面積的需求量小。如果采用傳統(tǒng)桅桿天線，很可能給周圍環(huán)境帶來較大的影響，而采用新型天線則可以解決這些問題。

并饋式自立天線有一個平臺，可以與多根導(dǎo)線連接，因此，可以根據(jù)實際需要增加維護平臺，同時維護微波天線、調(diào)頻天線。雖然并饋式自立天線也要敷設(shè)地網(wǎng)，但是由于使用紫銅制造的導(dǎo)線，具有較好的防雷性能。并饋式自立天線在底部安裝了雷電泄放電桿，還安裝了隔離電容，此外，還加裝了石墨放電柱，具有較好的穩(wěn)定性。

在實際實驗中發(fā)現(xiàn)，并饋式自立天線開機半小時后無反射功率增大的情況，在關(guān)機之后檢查電氣設(shè)備也無明顯的發(fā)熱現(xiàn)象。并饋式自立天線具有較高的反饋抑制能力，即使2臺50kW發(fā)射機同時工作，其高頻反饋也符合國家標準，因此具有較好的性能，可推廣使用。

5. 中波發(fā)射天線監(jiān)測技術(shù)

受到技術(shù)因素的限制，無線電頻率作為一種戰(zhàn)略資源，其可利用區(qū)間在3kHz～3000GHz。根據(jù)國際電信聯(lián)盟的規(guī)定，我國可利用的頻率為9kHz～275GHz，因此，我國無線電管理機構(gòu)將這些頻率細分為285段，其中廣播業(yè)務(wù)為35段。

隨著現(xiàn)代廣播電視的快速發(fā)展，無線電頻率的占用率不斷升高。中波廣播作為我國廣播中的常用類型，頻率范圍為526kHz～1606kHz，由于頻道間隔為9kHz，再減去航空無線電業(yè)務(wù)頻道，可使用的中波廣播頻道僅有120個。在這一背景下，要密切監(jiān)測中波廣播的運行狀況。國家廣播電視總局制定了《中波廣播網(wǎng)覆蓋技術(shù)》，對中波廣播網(wǎng)進行總體規(guī)劃，要求各個廣播電視臺做好中波廣播的監(jiān)測，提高服務(wù)水平。中波發(fā)射天線作為中波廣播發(fā)射的重要設(shè)備，需要從源頭著手，嚴格控制播出節(jié)目質(zhì)量，在節(jié)目制作完成后通過電纜、光纜、無線傳輸?shù)确绞嚼弥胁òl(fā)射天線發(fā)送。

在發(fā)送過程中，要考慮節(jié)目信號質(zhì)量，具體方法是對比聲源實現(xiàn)。檢測過程中，發(fā)射節(jié)目信號質(zhì)量一直是中波發(fā)射天線管理的重要內(nèi)容。由于自然噪聲、設(shè)備運行噪聲以及城市中的射頻信號干擾，都會對中波發(fā)射天線產(chǎn)生輕微的脈沖式干擾和振蕩干擾，但是，在實際檢測中，此類影響對于中波發(fā)射天線運行狀況的影響都在可控制范圍內(nèi)。

此外，要控制中波發(fā)射天線的電聲指標，包括噪聲電平、諧波失真、頻率響應(yīng)等指標，主要通過監(jiān)聽的方式實現(xiàn)。例如，在實際檢測中，通過檢測中波發(fā)射天線的噪聲狀況，確定有無差拍聲，從而確定有無信號干擾。出現(xiàn)信號干擾的主要原因是干擾信號強，或是接收器的選擇性接收，或是接收器動態(tài)范圍變化，需要結(jié)合具體情況綜合分析。

由于存在干擾信號，中波發(fā)射天線可以選擇定向天線，在不同的時間通過調(diào)頻儀器計算相關(guān)指標，確定不同廣播節(jié)目最大調(diào)頻幅度，一般語言節(jié)目在80%～90%即可。由于中波廣播傳播方式的特點，決定了其在白天時由于存在電離層，不但不反射中波，而且會吸收中波。因此，其在白天主要是通過地波傳播，服務(wù)范圍通常在200km內(nèi)。在日落后，由于出現(xiàn)中波反射，傳播范圍達到了上千公里，但是此時傳播效果不穩(wěn)定，因此，要制定傳播曲線，進一步計算雜散功率。一般情況下，雜散功率在40dB即達到國家標準，超過這一指標則需要進一步優(yōu)化和調(diào)節(jié)。

6. 中波發(fā)射天線應(yīng)用策略

中波發(fā)射天線實際應(yīng)用中任何一個部件出現(xiàn)問題，都會影響其工作狀況。因此需要加強天線系統(tǒng)維護，從而確保其工作質(zhì)量。

6.1 提高電氣設(shè)備維護水平

電氣設(shè)備的平穩(wěn)運行是確保中波發(fā)射天線正常運行的重要前提，因此，要做好電氣設(shè)備的清潔工作。在我國廣播電視臺中，為確保廣播傳播質(zhì)量，在固定時間檢修，需要事先制訂好科學(xué)的檢修計劃，詳細排查容易出現(xiàn)故障的接口、元件，并清理灰塵、雜物，減少對天線運行的干擾。同時，技術(shù)人員要定期記錄控制面板參數(shù)，對比不同時段的參數(shù)，檢查設(shè)備問題，維修存在安全隱患的零部件，確保其運行的穩(wěn)定性。

6.2 增加巡查次數(shù)

為減少天線故障發(fā)生，要構(gòu)建完善的巡查制度，在實踐工作中不斷優(yōu)化。通過定期檢查發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險，提高檢修人員的責(zé)任意識，避免流于形式。尤其是定期養(yǎng)護設(shè)備，要綜合考慮設(shè)備運行負荷以及季節(jié)等因素的變化。

此外，要檢查零部件的工作情況，對于拉繩、夾子進行潤滑處理，及時清除銹跡，采取噴漆處理。天線由于直接暴露在空氣中，經(jīng)過風(fēng)吹日曬的影響，容易發(fā)生老化和銹蝕的問題，因此，要加強天線管理，檢查絕緣狀況，在不同時間調(diào)節(jié)其松緊度，并根據(jù)天線的使用時間制訂合理的檢修計劃，預(yù)防各種故障。

7. 結(jié)束語

與傳統(tǒng)天線相比，新型中波發(fā)射天線具有更多優(yōu)勢，能夠減少建設(shè)空間面積，二者適用于不同地區(qū)。并饋式自立天線可以實現(xiàn)多頻工作模式，而錐面頂負荷天線則可以在建筑屋頂搭建，滿足廣播行業(yè)的不同需求。未來，我國廣播電視會朝著更加先進、科學(xué)的方向發(fā)展，涌現(xiàn)出更多新技術(shù)與新設(shè)備。技術(shù)人員在實踐工作中也要不斷學(xué)習(xí)新的知識和技術(shù)，從而提高新技術(shù)的應(yīng)用效果，推動廣播行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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