中波小天線現(xiàn)狀及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一臺，長春 130119）

中波小天線現(xiàn)狀及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一臺，長春 130119）

傳統(tǒng)的中波天線占地面積龐大，中波天線的小型化一直是國內(nèi)外廣播業(yè)者的夙愿。通過對影響天線性能的因素分析，發(fā)現(xiàn)影響輸入電阻Rin的主要因素有五個：高度、等效直徑、形狀（含加頂）、地效應(yīng)（地參數(shù)、地網(wǎng)）、工作頻率（波長）。

小天線；高度；等效直徑；形狀（含加頂）；地效應(yīng)（地參數(shù)、地網(wǎng)）；工作頻率（波長）

傳統(tǒng)的中波天線占地面積龐大，尤其是地網(wǎng)占地面積需要幾十畝甚至兩三百畝。由于銅制地網(wǎng)需要埋在地下，會因降水和植被變化影響天線參數(shù)的穩(wěn)定性，而且地網(wǎng)的維修和更換也十分麻煩。所以，中波天線的小型化一直是國內(nèi)外廣播業(yè)者的夙愿。

十幾年前埃及學(xué)者試驗研制了所謂交叉場中波小天線（CFA），我國有些公司和電臺曾聯(lián)合引進(jìn)并進(jìn)行了試驗，結(jié)果并不成功。十余年來，國內(nèi)多家單位陸續(xù)研發(fā)了七八種中波小天線，經(jīng)過篩選淘汰現(xiàn)在還剩下三種仍在接受實踐的考驗，它們是曲線式、套筒式和雙錐型三款小天線。它們的共同點是天線高度都降到十分之一波長以下，并且都有一個大約10m直徑的錐形頂；不同點是輻射體的結(jié)構(gòu)、形狀和等效直徑及接地系統(tǒng)不同。它們基本上可以實現(xiàn)50kW以下功率等級上的發(fā)射工作，但其輻射效率和穩(wěn)定性會有所不同。下面簡單分析一下影響天線性能的一些因素。

從使用者的角度，大家最關(guān)心的是天線的效率，而輸入電阻是決定中波天線輻射效率的關(guān)鍵參數(shù)。影響輸入電阻Rin的主要因素有五個：高度、等效直徑、形狀（含加頂）、地效應(yīng)（地參數(shù)、地網(wǎng)）、工作頻率（波長），前4項都與第5項“頻率”密切相關(guān)。而中波小天線與傳統(tǒng)天線一樣，公認(rèn)的難點在于低頻端。

（1）高度

對中波小天線心存疑慮的業(yè)內(nèi)人士其主要依據(jù)是小天線的高度太低，只相當(dāng)于經(jīng)典天線理論中“高度h小于λ/8的垂直短振子，而若h=λ/8，輸入電阻Rin僅為6Ω，發(fā)射效率不高”（摘自《廣播電視技術(shù)手冊》1分冊 天線）。中波小天線的高度只有波長的十幾分之一，輸入電阻只會更低，那就無效率可言，不能不懷疑其使用價值。

在傳統(tǒng)天線的實際運用中，情況也的確如此。以中波發(fā)射臺應(yīng)用最普遍的高76m、邊寬500mm的拉線塔為例，如果使用在低頻端，比如：頻率540kHz的輸入電阻只有7.5Ω，必須要加頂負(fù)荷以提高其有效高度，將輸入電阻增加到11Ω才能使用。

一般認(rèn)為，小天線用于中波頻率的高端還湊合，若在540kHz這樣的低端頻率，高度不過40m，大約只有76m傳統(tǒng)天線的一半，僅從這一點來說，對小天線持懷疑態(tài)度不是沒有根據(jù)的。

（2）等效直徑

當(dāng)天線的直徑遠(yuǎn)小于其高度且與波長相比可以忽略的時候，則被當(dāng)做“線天線”，可用線天線的理論來計算和處理。當(dāng)天線塔體等效直徑不能忽略時，直徑越小，輸入阻抗越大。從傳統(tǒng)中波天線實測數(shù)據(jù)來看，實際天線輻射體等效直徑的影響是不能被忽略的。比如，底邊寬6.13m、高76m的自立塔（平均等效直徑約2.7m），在540kHz的輸入電阻只有5Ω，它小于邊寬500mm（等效直徑約430mm）的76m拉線塔540kHz的輸入電阻7.5Ω。等效直徑即輻射體粗細(xì)的影響對于小天線來說也是相同的。

（3）小天線的形狀

從以上的實例和數(shù)據(jù)來看，經(jīng)典天線理論應(yīng)用于傳統(tǒng)中波天線是很準(zhǔn)確的。但對于中波小天線，因其形狀各異，都不能當(dāng)作鞭狀天線而套用“線天線”理論來描述和計算。

比如，前述的三種中波小天線都由一個大約10m直徑、90°錐角的錐形頂，不同等效直徑的輻射體以及結(jié)構(gòu)不同的接地系統(tǒng)構(gòu)成。顯然由形狀、結(jié)構(gòu)決定的邊界條件與鞭狀天線是不同的，但是作為輻射體的鞭桿部直徑大小對輸入電阻的影響趨勢卻是相同的—— 直徑越大，輸入電阻越小。圖1、圖2及表1是一組實測數(shù)據(jù)。

從圖2可看出雙錐型小天線結(jié)構(gòu)的顯著區(qū)別，它的塔體底部是鋼結(jié)構(gòu)的帶裙四棱下錐體，錐角與上錐一樣是90°。下錐和裙部敷設(shè)有反射金屬網(wǎng)，這就取消了埋地地網(wǎng)。天調(diào)室置于下錐體內(nèi)部，下錐體與鋼筋混凝土基礎(chǔ)及接地系統(tǒng)相連。這種結(jié)構(gòu)的好處是：調(diào)配網(wǎng)絡(luò)與塔體間的相互影響可做到最小；90°錐角反射面不但避免了埋地地網(wǎng)的不穩(wěn)定因素，還可提高天線的輻射效率，直接結(jié)果是輸入電阻顯著較大。另外，這種開放式自諧振輻射器的加感線圈的位置處于鞭桿與下錐體之間，電磁波離開天線就是輻射場，對近周的干擾很小。它也是惟一可架設(shè)到樓頂而不干擾樓內(nèi)設(shè)施正常工作的小天線。

圖1 中波小天線外形圖例

圖2 中波小天線圖例

從表1實測數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：對于傳統(tǒng)天線，由于自立塔等效直徑大于拉線塔，所以相同高度的自立塔的輸入電阻小于拉線塔；76m拉線塔必須增加頂負(fù)荷才能用于低端頻率；對于中波小天線，由于其結(jié)構(gòu)和輻射體等效直徑不同，在相同高度的條件下，輸入電阻——曲線式最小，套筒式居中，雙錐型最大（大于76m加頂拉線塔）。

（4）關(guān)于地效應(yīng)

沿地面?zhèn)鞑サ牡夭ㄊ侵胁ê烷L波頻段的主要傳播方式。地面的電氣特性，特別是地導(dǎo)系數(shù)σ對地波傳播的影響很大，這可簡稱作地效應(yīng)。頻率越低，地效應(yīng)影響越大。在中波段的低端，比如常用的540kHz比起中高段1000kHz以上的頻率受地效應(yīng)的影響大得多。地效應(yīng)不僅從傳播角度影響場強和覆蓋面積，還直接影響天線本身的電參數(shù)和發(fā)射效率。所以，廣播發(fā)射臺場地選擇標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：中波發(fā)射臺場地應(yīng)選在土壤濕潤、地導(dǎo)系數(shù)較大的地區(qū)。

在我國的內(nèi)蒙古西部和新疆的大部地區(qū)屬于σ≤0.1ms/m的很干燥地面，地導(dǎo)系數(shù)比東北、東部和東南部地區(qū)低兩個數(shù)量級。在這里架設(shè)低頻端的中波小天線必須采取必要的針對性措施改善地效應(yīng),才能保證滿意的發(fā)射效果。

[1] 廣播電視技術(shù)手冊（1分冊）

Analysis on Present Situation and Property of Middle-Wave Small Antenna

Li Bo, Ren Ling

(The 661th Station Jilin province, Changchun, 130119)

Traditional middle-wave antenna occupied huge area, it is long cherished wish to miniaturize the traditional middle-wave antenna for domestic and international broadcasters. Through the analysis on some facts that effect property of the antenna, there are 5 factors that affect input electrical resistance Rin: Height; equivalent diameter; shape(including top); ground effects (ground parameter, ground net) ; work frequency (wave length).

small antenna; height; equivalent diameter; shape(including top); ground effects(ground parameter, ground net); work frequency(wave length )

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.07.013

TN822+.2文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

1672-7274（2015）07-0053-03