新建發(fā)射臺天線選型分析

王雅楠 李 林

天津廣播電視發(fā)展有限公司

新建發(fā)射臺天線選型分析

王雅楠 李 林

天津廣播電視發(fā)展有限公司

本文簡述了中波發(fā)射天線的種類和特點，針對我臺地理位置及及具體情況對新建臺天線選型和布局進行了論述。

天線；并饋式；地網(wǎng)；場強

隨著塘沽區(qū)的建設(shè)發(fā)展，塘沽機房場區(qū)周邊逐漸被建筑工地和高大建筑物所包圍，反射功率增大且發(fā)射地網(wǎng)遭到不同程度的破壞，使規(guī)劃的覆蓋區(qū)逐漸縮小，對廣播電視的播出安全和播出質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響。為保障天津中波廣播播出安全，提高覆蓋質(zhì)量，需要異地選址新建塘沽中波發(fā)射臺。規(guī)劃初期針對發(fā)射天線選型問題做了以下研究分析。

一、 中波發(fā)射天線類型及特點

1、桅桿式中波天線

在20世紀(jì)30年代，桅桿式天線是中波廣播的唯一天線，也是我臺目前在用的天線類型。桅桿式天線結(jié)構(gòu)造型簡單，塔節(jié)形式規(guī)則、易于加工，整體造價較低，在我國得到了廣泛的認可。但是三方拉繩的占地面積比較大，不好布置，這會導(dǎo)致征地費用較高，綜合以上考慮，如果新建發(fā)射臺場地條件不允許，會考慮自立式中波天線。

2、自立式中波天線

自立中波天線的塔型采用拋物線型，這樣的結(jié)構(gòu)形式能夠最好地利用材料的性能。與桅桿天線相比，自立式中波天線占地面積小，場地容易解決，造型美觀，塔身采用熱鍍鋅防腐處理，很好地解決了沿海地區(qū)的強腐蝕問題。它除了具備原桅桿天線的功能外，最大的優(yōu)點是縮小了占地面積。但是底部絕緣子制作成本較高，絕緣件又容易損壞，這也是它的不足之處。

3、并饋式自立中波天線

并饋式自立天線采用普通的自立鐵塔作為支持結(jié)構(gòu)，塔體截面可以是正三邊形，也可以是正四邊形，還可以根據(jù)受力、美觀等不同情況設(shè)計成其它形狀的的塔架外形。與普通的自立塔不同的是，在并饋式自立中波塔周圍分布著若干根(一般取12根銅包鋼導(dǎo)線，線徑視發(fā)射功率等級不同選用)導(dǎo)線，導(dǎo)線的上端與鐵塔上的平臺相連，導(dǎo)線的下端匯聚于鐵塔底部中心，并在此對鐵塔饋電。并饋式自立中波天線取消了絕緣底座，但在鐵塔下面仍需要鋪設(shè)地網(wǎng)。

二、 新建臺規(guī)劃設(shè)計

基于以上三種塔的研究分析，進行全面的技術(shù)經(jīng)濟比較后，新建塘沽發(fā)射臺計劃擬建兩座并饋式自立塔用以承擔(dān)天津人民廣播電臺三套中波廣播節(jié)目(1098kHz、 747 kHz、1008kHz)的播出，覆蓋范圍為天津全境。為了提高天線利用率，我們計劃將747KHz和1098 KHz頻率雙頻共塔，中波雙頻共塔的兩個頻率需保持一定的間隔，即f1/f2≥1.25，我臺兩部發(fā)射機頻率的比值為1098/747=1.47〉1.25，滿足雙頻共塔的要求。1008KHz則使用一副發(fā)射塔單頻進行播出，規(guī)劃建造天線的高度為130～150米。

三、地網(wǎng)敷設(shè)規(guī)劃及發(fā)射塔布局

并饋式天線跟其他中波天線一樣，同樣也需要敷設(shè)地網(wǎng)，以發(fā)射塔底部中心為圓心，以扇形狀均勻向外敷設(shè)，用φ2～φ3mm 的銅導(dǎo)線每隔3°向外敷設(shè)一根地網(wǎng)線，數(shù)量為120根，地網(wǎng)的埋設(shè)深度一般為30～50cm，以不受破壞為原則。所有地網(wǎng)線連接于塔底中心接地銅環(huán)，每個塔腳與中心銅環(huán)之間用銅帶連接起來，塔腳相鄰之間也連接起來，地網(wǎng)線與鐵塔地線和銅帶相交的地方均需要焊接起來，目的是降低接地電阻，最后實測鐵塔的接地電阻應(yīng)小于2 歐姆。

依據(jù)GYJ34-88 《中、短波廣播發(fā)射臺設(shè)計規(guī)范》，地網(wǎng)半徑為：

0.2 λ-0.35λ(531-747kHz)；

0.25 λ-0.5λ(756-1602kHz)。

所以，1008KHz天線地網(wǎng)半徑計劃選為148米(0.5λ)；1098KHz天線地網(wǎng)半徑計劃選為138米(0.5λ)，因1008與1098僅間隔90kHz，為減小相互串?dāng)_可通過加大塔間距到297米(1008kHz一波長)的方法來減小相互影響，此外還可通過采用多回路天線匹配網(wǎng)絡(luò)提高天饋系統(tǒng)的選頻特性，來減小鄰頻干擾，確保播出效果。根據(jù)天津版圖自身特點，我們可進行一下地網(wǎng)半徑優(yōu)化，由于天津地理位置東西方向較窄，南北方向狹長，在地網(wǎng)敷設(shè)上我們可縮短東側(cè)地網(wǎng)和西側(cè)地網(wǎng)長度，而機房東側(cè)靠近海邊，還可進一步縮短發(fā)射塔東側(cè)地網(wǎng)。由于大港地塊距天津市區(qū)35.2km，距濱海新區(qū)20.6km，距薊縣127.6 km，距離天津行政版圖最南端約39.6km，距離天津行政版圖最西端約68.9km。北部覆蓋范圍較東西方向更大一些，所以為了保證北部地區(qū)的收聽效果，在兩副發(fā)射塔的布局上也可采取東西橫向排列方式，這樣即使發(fā)射塔間東西方向存在遮擋，由于東西方向覆蓋范圍較小，也可滿足收聽效果要求。

四、覆蓋情況預(yù)期分析：

覆蓋區(qū)邊緣場強按國標(biāo)60dB計算；發(fā)射功率為50kw，發(fā)射塔高度為140m

以1098kHz為例：

h/λ=140/273.22=0.51

對照發(fā)射天線增益圖，天線增益GT=2

根據(jù)播出場強計算公式：

E(r)=E0(r)+P +GT

其中：E(r)：在距離r(km)處的場強值；E(r)=60 dB

P——發(fā)射功率；P=50kw=10log50=16.99 dB

GT——天線增益。查表GT=2

E0(r)：1kw有效單極輻射功率時在距離r處的場強值；

E0(r)=60-16.99-2=41.01 dB

對照場強對照表，可查出覆蓋半徑為120公里。根據(jù)地塊所處位置，該覆蓋距離已可覆蓋除薊縣縣城以北部分山區(qū)外的天津全境。同理可算出其他兩個頻率的覆蓋半徑。這是根據(jù)公式計算的理論值，由于到了夜晚天波場強對地波場強的影響，地波與天波的交界處的衰落區(qū)，會嚴(yán)重干擾中波廣播地波在夜晚的傳播，在地波覆蓋區(qū)和衰落區(qū)邊緣，中波地波有效傳輸距離會變短，覆蓋區(qū)實際有效面積也會減小。參考2015年對內(nèi)蒙古地區(qū)白天和晚上中波覆蓋收測統(tǒng)計結(jié)果我們可得知夜晚中波地波有效傳輸距離約為白天的三分之二左右。

五、后期維護費用分析：

由于中波天線工作在露天環(huán)境下，長期經(jīng)受各種自然氣象和生態(tài)環(huán)境的作用，尤其是新建塔地處沿海地區(qū)，空氣中的鹽霧對天線腐蝕較為嚴(yán)重，所以一般需要每5年左右進行一次大型維護。桅桿塔除了和自立塔一樣進行必要的維護外，還需要每隔半年或一年進行一次塔身校正，拉繩的垂度測試以及拉力校正等維護項目，所以相對自立塔而言，桅桿塔的后期維護工作量大，維護費用較高一些。