樓頂錐面頂負荷小天線的可行性試驗

羅軼洲

（廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣州 510012）

樓頂錐面頂負荷小天線的可行性試驗

羅軼洲

（廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣州 510012）

本文簡要介紹了錐面頂負荷小型中波天線的技術(shù)原理特點，以及在辦公樓頂使用錐面頂負荷小天線進行中波發(fā)射的試驗，并通過實測數(shù)據(jù)對其進行可行性分析。

錐面頂負荷；小天線；平衡網(wǎng)

1 引言

隨著科技與經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)快速向市郊發(fā)展，土地資源越來越緊俏。大量原處于市郊的中波發(fā)射臺站受城市快速擴張的影響，占地矛盾迅速升溫。一個中波發(fā)射臺占地一般在幾十畝甚至上百畝，但其中90%的面積都被發(fā)射天線占據(jù)。在寸土寸金的當下，如此大的土地占用，成為發(fā)射臺站發(fā)展的障礙，而中波臺站的搬遷又受城市規(guī)劃、環(huán)境保護、巨額的基建和設(shè)備投資等諸多因素制約。因此，新型中波小型天線應(yīng)需應(yīng)勢而生。目前，小天線有錐面頂負荷式、諧振腔式、耦合式、曲線式、雙錐式等中波天線，其中錐面頂負荷式天線應(yīng)用最廣。

經(jīng)過這些年的發(fā)展和應(yīng)用，安裝在地面的錐面頂負荷式小天線在穩(wěn)定性和發(fā)射效果方面已經(jīng)非常成熟，但是，樓頂錐面頂負荷小天線的應(yīng)用一直沒有很大的突破。本文介紹了在辦公樓頂使用錐面頂負荷小天線進行中波發(fā)射的試驗及可行性分析。可想而知，在城區(qū)內(nèi)若采用現(xiàn)有的辦公樓頂作為中波天線的場地將是節(jié)約用地最有效的手段，這對于中波發(fā)射臺站也將是跨越式的發(fā)展。

2 錐面頂負荷小天線的技術(shù)原理及特點

此次試驗選用的是咸陽某公司生產(chǎn)的錐面頂負荷小天線（以下稱小天線）。該小天線是在傳統(tǒng)中波小天線的理論基礎(chǔ)上，利用錐面頂緩變原理、折疊振子天線原理、分布參數(shù)和集總參數(shù)加載原理有機的融合，從而開發(fā)出來的一種新型中波天線。這種天線既符合傳統(tǒng)天線的理論，也符合當今社會上提出的一些新的理論（交叉場理論及利用半光子理論解釋的新天線理論），此天線的理論基礎(chǔ)依然是麥克斯韋方程和電磁波形成的波印廷矢量。所不同的是，在小天線的結(jié)構(gòu)和工作機理上，與傳統(tǒng)中波天線相比有了創(chuàng)新。按照比較容易理解的說法，小天線綜合了以下三個方面的技術(shù)因素：

一是延用了天線加頂原理。小天線在垂直輻射段頂部設(shè)置了面積相當大的“頂”負載，我們稱作超級頂負載。與此同時，將超級頂負載做成錐體形狀，根據(jù)錐角2θ=90°時，天線輻射效率最高的理論，將錐體的角度定為90°。這一技術(shù)的應(yīng)用使天線高度大大降低，而輻射效率卻大大提高。

二是利用了電磁場的交叉理論。做成錐體狀的超級頂負載相當于電容的一個極板，大地（包括地網(wǎng)）相當于電容的另一個極板，兩極板間形成電場，而垂直輻射體段由于有電流流過，在其周圍形成磁場。其原理參見圖1。

圖1 錐面頂負荷中波小天線發(fā)射原理圖

如圖1所示，錐體與地之間存在著E場線，而在垂直輻射段周圍存在H場線。由右手螺旋定理可知，在與垂直段垂直的平面內(nèi)，H場線的方向是逆時針的。顯然，E場線與H場線是正交的，由于相互切割而形成交叉場。交叉場的存在無疑增加了天線的輻射效果。

三是利用了天線底部載理論。在設(shè)置了超級頂負載從而降低了天線容抗的基礎(chǔ)上，天線底部加載可以進一步降低容抗，使小天線更加趨于諧振狀態(tài)，由此提高Q值，從而大幅度提高錐頂上的電壓，這又進一步提高了小天線的效率。

由以上理論分析，只要滿足以下條件，提高小天線的發(fā)射功率是完全可行的。一是要有一個耐高頻高壓的天線支撐體，保證在大功率工作時，任何天氣條件下不能產(chǎn)生放電；二是要有可以完全承受發(fā)射功率的錐面頂負載和垂直輻射段；三是要有可以承受大于2.5倍耐壓和1.5倍電流的調(diào)配系統(tǒng)；四是要有接地良好，地阻極低的地網(wǎng)和地井。

3 試驗介紹

本次試驗選址是廣州市區(qū)的某一中波發(fā)射臺。該試驗的目的是對樓頂小天線和現(xiàn)在普遍使用的傳統(tǒng)中波天線的發(fā)射效果和場強覆蓋進行對比測試。試驗主要完成小天線的架設(shè)、地網(wǎng)的鋪設(shè)、傳輸饋管的鋪設(shè)、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的安裝調(diào)試、播出鏈路的搭建、發(fā)射效果和場強覆蓋的收測、對機房樓的電磁干擾測試等工作。

本次試驗采用的小天線是由咸陽某公司自主研發(fā)的錐面頂負荷小型中波天線，高26米（見圖2），架設(shè)在機房樓頂，機房樓頂離地面約13米；地網(wǎng)采用平衡網(wǎng)方式，采用46根長為8～25米不等長度的Φ2mm銅線，以天線為中心呈輻射狀依樓頂?shù)貏蒌佋O(shè)（見圖3）；地井借用原機房地井，測試接地電阻為0.3Ω，通過寬為20cm的銅帶接至小天線塔底；傳輸饋線采用射頻同軸電纜，型號為中波波紋軟饋SDY-50-37-3，長度為70米；發(fā)射機采用目前該臺正在使用的由上海某公司生產(chǎn)的數(shù)字調(diào)幅（DAM）中波發(fā)射機，播出頻率為927kHz，播出功率為10kW，播出信號采用1kHz單音信號。

該臺目前播出的927kHz頻率有一主一備發(fā)射機，為了方便對比樓頂小天線和原傳統(tǒng)中波天線的覆蓋情況，試驗將主用發(fā)射機輸出接至傳統(tǒng)中波天線，備用發(fā)射機輸出接至試驗的小天線上，主、備發(fā)射機均采用同一信號源，調(diào)制度100%，播出功率10kW。場強收測時就可以通過來回倒換主備發(fā)射機，實現(xiàn)小天線和傳統(tǒng)天線的覆蓋情況對比。

收測使用的場強儀是南京某公司的中波場強儀PNA3940。在接收試驗地點的選擇上，我們選擇廣州市的正東、東南、正南、西南、正西、西北、正北、東北八個方向進行了10km和20km處的定點接收測試，分別測量了傳統(tǒng)天線和小天線的覆蓋場強和收聽效果，測試數(shù)據(jù)見表1。

圖2 架設(shè)樓頂?shù)脑囼炋炀€

圖3 地網(wǎng)分布圖

表1 小天線試驗測試點及測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

基于本次樓頂小天線實驗測試數(shù)據(jù)對比，我們可以得出的結(jié)論：

（1）從場強和收聽效果收測上看，小型中波天線的效果似乎不如傳統(tǒng)中波大天線，這可能與這次試驗受場地所限，地網(wǎng)鋪設(shè)不夠規(guī)范有一定關(guān)系。如果地網(wǎng)做得再規(guī)范點，估計小天線的效果是可以與大天線相媲美的，這也驗證了在樓頂使用小天線進行中波發(fā)射覆蓋的可行性。

（2）通過對機房樓的電磁干擾測試看，小天線安裝在樓頂對機房樓的電腦監(jiān)測設(shè)備、電話和照明空調(diào)等設(shè)備是基本沒有影響的。

（3）這種小型中波天線輕便、體積小、造價低，可以大大節(jié)約安裝架設(shè)成本。尤其是這種天線可以安裝在樓頂，有效地節(jié)約了場地資源，可以解決一直困擾中波發(fā)射臺站的天線區(qū)占地大，土地資源浪費的難題。

[1] 張智慧，馬利平，劉利忠．錐面頂負荷新型套筒中波小天線原理及其特點簡介[J]．內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)

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[5] 朱家珩．兩頻共塔的錐面頂負荷中波小型發(fā)射天線[J]．音響技術(shù)

Feasibility Test of Roof Cone-shaped Top Load Small Antenna of AM

Luo Yizhou
(Radio and Television Center of Guangdong Province, Guangzhou, 510012)

This paper briefly introduced the Technology Principle and characteristics of the cone-shaped top load small Antenna of AM. It introduced the test of using the cone-shaped top load small antenna of AM to transmit and the feasibility analysis based on the measured data.

cone-shaped top load; small Antenna of AM; balance net

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.07.002

TN822+.2

A

1672-7274（2015）07-0004-03

羅軼洲，男，1974年生，工學(xué)學(xué)士，MBA碩士，廣播電視工程師，工信部高級項目經(jīng)理，現(xiàn)任廣東省廣播電視新技術(shù)開發(fā)公司總經(jīng)理，從事廣播電視新技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用實踐，主持和參與了多項廣播電視工程及技術(shù)服務(wù)項目。