中波小天線現狀及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一臺，長春 130119）

中波小天線現狀及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一臺，長春 130119）

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

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

傳統的中波天線占地面積龐大，尤其是地網占地面積需要幾十畝甚至兩三百畝。由于銅制地網需要埋在地下，會因降水和植被變化影響天線參數的穩定性，而且地網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外廣播業者的夙愿。

十幾年前埃及學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合引進并進行了試驗，結果并不成功。十余年來，國內多家單位陸續研發了七八種中波小天線，經過篩選淘汰現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構、形狀和等效直徑及接地系統不同。它們基本上可以實現50kW以下功率等級上的發射工作，但其輻射效率和穩定性會有所不同。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鍵參數。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（地參數、地網）、工作頻率（波長），前4項都與第5項“頻率”密切相關。而中波小天線與傳統天線一樣，公認的難點在于低頻端。

（1）高度

對中波小天線心存疑慮的業內人士其主要依據是小天線的高度太低，只相當于經典天線理論中“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，發射效率不高”（摘自《廣播電視技術手冊》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。

在傳統天線的實際運用中，情況也的確如此。以中波發射臺應用最普遍的高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傳統天線的一半，僅從這一點來說，對小天線持懷疑態度不是沒有根據的。

（2）等效直徑

當天線的直徑遠小于其高度且與波長相比可以忽略的時候，則被當做“線天線”，可用線天線的理論來計算和處理。當天線塔體等效直徑不能忽略時，直徑越小，輸入阻抗越大。從傳統中波天線實測數據來看，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

從以上的實例和數據來看，經典天線理論應用于傳統中波天線是很準確的。但對于中波小天線，因其形狀各異，都不能當作鞭狀天線而套用“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構不同的接地系統構成。顯然由形狀、結構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是一組實測數據。

從圖2可看出雙錐型小天線結構的顯著區別，它的塔體底部是鋼結構的帶裙四棱下錐體，錐角與上錐一樣是90°。下錐和裙部敷設有反射金屬網，這就取消了埋地地網。天調室置于下錐體內部，下錐體與鋼筋混凝土基礎及接地系統相連。這種結構的好處是：調配網絡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的不穩定因素，還可提高天線的輻射效率，直接結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。它也是惟一可架設到樓頂而不干擾樓內設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實測數據可以得出如下結論：對于傳統天線，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荷才能用于低端頻率；對于中波小天線，由于其結構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）關于地效應

沿地面傳播的地波是中波和長波頻段的主要傳播方式。地面的電氣特性，特別是地導系數σ對地波傳播的影響很大，這可簡稱作地效應。頻率越低，地效應影響越大。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的影響大得多。地效應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和發射效率。所以，廣播發射臺場地選擇標準中明確規定：中波發射臺場地應選在土壤濕潤、地導系數較大的地區。

在我國的內蒙古西部和新疆的大部地區屬于σ≤0.1ms/m的很干燥地面，地導系數比東北、東部和東南部地區低兩個數量級。在這里架設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,才能保證滿意的發射效果。

[1] 廣播電視技術手冊（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文獻標示碼：B

1672-7274（2015）07-0053-03