中波廣播覆蓋效果提升實踐

苗桀勝 胡紹明

（作者單位：甘肅省廣電局無線傳輸中心五三五臺）

1 甘肅省廣播電視局535 臺中波廣播覆蓋現狀

甘肅省廣播電視局535 臺于2021 年新建了一座76 m 絕緣自立式中波發射天線，共塔播出684 kHz 和1 035 kHz 兩個頻率，發射功率均為10 kW。天線新址與蘭州市區直線距離為20 km，且中間有5 座高山遮擋，信號接收地蘭州城區比發射點位置低，落差約1 300 m；舊址天線位于蘭州市區內，新天線系統建成后雖覆蓋范圍有較大幅度增加，但小部分區域收聽效果不盡如人意，經覆蓋仿真模擬，蘭州城區大面積可用場強均處在邊緣場強值，實際收測時若遇到遮擋或進入樓宇，信號的收聽質量下降較為嚴重。

2 甘肅省廣播電視局535 臺中波廣播覆蓋分析

中波傳播同時產生天波和地波，地波沿地表面傳播覆蓋（見圖1），天波為對流層傳播，是一種干擾現象。地波傳播的鏡像原理：若振子高度＜λ/2，則垂直振子（天線）和它的鏡像共同組成一副對稱振子。其中，H 為垂直場型高度，K、B、C、D、E、F、A、A’、K 為垂直場型邊緣節點并形成電流閉合環路。F’為A’的鏡像節點，h 為鐵塔高度。

圖1 場型傳播圖

地網埋深小于0.5 m。f（d）為地形包絡曲線。傳播方向由左至右，箭頭表示波瓣方向性，E（場強）隨傳播距離增加而減小。

地波傳播損耗因素包括介電常數 rε和電導系數σ。不同性質土壤 rε相差幾十倍，而σ相差十幾萬倍至幾十萬倍，所以地波傳播損耗主要受σ影響。其中，地網區（A′K）段σ產生的影響遠大于遠場區同等長度σ產生的影響。為減少地損失，地網長度應按0σ值設計。

3 地網與覆蓋效果關系

在覆蓋區內，如果接收效果較差，主要是有其他發射機的電磁波在電離層產生反射干擾，造成接收信號變壞或音質變差。在幾千公里范圍內，當沒有新增發射機時，干擾和熱噪聲都不會發生變化，這時，提高接收場強就成為唯一改善音質的辦法。接收場強式為：

式（1）中，Eu為標稱可用場強，（夜間地波農村地區）；P為發射功率，dBV；Lt為饋線損耗，dB；G為天線增益，dBi；E0為歸一化場強，dBμV/m。根據《頻率在10KHz 到30MHz 的地波傳播曲線》ITU-R P 368 中的圖2 確定傳播范圍。La為地網效率因子，La=-10lgη（dB），η為地網效率。

圖2 功率相加法計算曲線

甘肅省廣播電視局535 臺地網的土壤為較干燥土壤，地導系數介電常數rε =7。當地網的根數為120 根時，地網效率η（%）與地網長度M的關系式為：

式（2）中，M 為地網長度，m。若M=15m，η=37%；若M=80，η=65%，

△La=4.32-1.87=2.45 dB。計算說明，地網長度增加，等效于E0值（場強）的增加。表1 為載干比（C/I）、信噪比（S/N）與主觀評分的關系。

表1 載干比、信噪比與主觀評分的關系

通過表1，可以看出載干比越高，信噪比越高，音質等級越高。當接收場強增加后，聲音信號的強度相應增加，音質等級相應增加。

4 解決辦法

在實際工程中，欲收功率與非欲收功率空間場強的合成，可以采用功率相加法計算曲線圖2 的辦法，步驟如下：第一步，確定欲收場強E欲和非欲收場強E非；第二步， 非欲收場強E非疊加保護率A；第三步，計算場強差△=E欲-（E非+A）；第四步，根據△值查對應J值，J為合成場強。如果非欲收功率E非不止一個，先用功率合成辦法合成所有的E非，再按上述步驟計算。

4.1 地波覆蓋預測

地波覆蓋預測由專業覆蓋軟件ATDI 計算。參數設置包括Nominal Power（發射機標稱功率）；Tx ant gain（發射天線水平極化增益）；Rx ant gain （接收天線增益，取0 dB）；losses(損耗包括調諧網絡、絕緣，同等損失dB）；附加損耗La=20lgη，η為發射天線效率，其值由匹配網絡電阻值、絕緣電阻損失、地網長度、土壤特性等決定，取η=65%，（地網長80 m)；Frequency（工作頻率684 kHz 和1 035 kHz）；Antenna height（天線高度，取中點位于地面0 m 位置）；Tx/Rx bandwidth（發射帶寬取9 kHz ）；Horizontal pattern（天線發射場型取圓形）。設置完成后，再計算相應的覆蓋，并疊加到電子地圖上。

4.2 地網改造辦法

為了擴大天線的有效覆蓋面并提高其輻射效率，提高天線的實有增益是最好的方案，而減少地損耗則是最有效的解決措施。天線地網是為了減少地損耗而敷設的，當然在選擇發射臺臺址時也要注意選擇導電性能良好的地面，以減少地網的損耗[1]。

地網導線埋入地下，對減少地損耗而言，埋設得越淺越好，但由于地網占地很大，地面又要利用，為保護導線，地網埋設深度300～500 mm 為宜。

計算地損耗近似的方法：首先確定理想導電大地的電流分布，然后由這個分布電流及實際地面的土壤導電參數計算出地面損耗功率和地電阻。為了減少地電阻的損耗，應在天線底部鋪設放射狀地網，使地網導電電流與土壤導電電流的比值變大，等效于地電阻變小，相應的天線輻射效率也隨之增加。天線的增益與天線的輻射效率成正比，敷設良好的地網相當于提高了天線增益。

本項目中天線高度為76 m，對1 035 kHz 而言為1/4 λ，對684 kHz 而言僅有0.17 λ。地網則以鐵塔底部中心為圓心，用120 根直徑3 mm 的紫銅線以放射狀均勻向外敷設。為解決主城區場強值較低的問題，我們采用在朝蘭州城區方向原敷設地網末端增加地網長度并在末端增設地樁的方法，確保地網加長并鋪設牢固，經過精心調試確保發射機和天調網絡達到最佳工作狀態；播出設備、發射天線等再次良好接地并委托專業機構進行防雷接地測試，各項指標符合相關要求。至此，新址天線場形、增益、效率等性能均得到優化改善。如地網分布示意圖3 所示，在扇形區域外，地網長度均為60 m，共96 根。在扇形區域內，由于存在2 個建筑物阻擋，改造前地網長度為15 m，改造后地網長度為80 m，共24 根。地網的焊接由扇形區兩個邊點和一個中點繞行后，避開2 個建筑物，再形成以鐵塔底部中心為圓心，每3°均勻分布的地網放射性輻射區。地網埋設深度為300 mm，地網直徑為3 mm，材料為紫銅線。

圖3 地網分布示意圖

4.3 驗證

地網改造完成后，我們對播出設備和天調網絡進行了多次調試，目前已達到最佳狀態。為檢驗新址場強覆蓋和播出質量，測試小組對新址和舊址的廣播網絡覆蓋情況進行了場強和可聽度測試，對比兩地數據，分析搬遷后的覆蓋和收聽效果。測試小組共采集3 070個有效樣本點，測試范圍為蘭州市區及榆中縣，設備為車載接收機，每一個測試樣本點包含場強、信噪比測試數據。再與原改造前場強和音質進行了比較，表中每一個測試點的值為平均值。場強測試對比結果如表2 所示，分值評價對比結果如表3 所示：

表2 場強對比結果

表3 分值評價對比結果表

改造后，頻率為684 kHz 和1 035 kHz 的接收場強平均分別提高2.3 dBμV/m 和2.4 dBμV/m，分值平均提高0.35 分和0.34 分。0～15 km 范圍內，由于場強值和音質評價均較高，所以改善效果不明顯，15～40 km范圍內，改造前后場強值和音質均有明顯提高。

5 結語

由于中波頻段波長相對較長，高山或高大建筑只有實際高度在數百米以上時才可能形成覆蓋盲區，山或建筑越高，盲區越大。為改善盲區接收效果，在不增加覆蓋點的情況下，如果采用提高發射機功率的辦法是難以實現的，因為行業主管部門對發射機功率和天線增益有嚴格的規定。理論和實踐均能證明，適當增加地網長度能夠提高接收場強和改善收聽質量，有效減輕覆蓋區的干擾影響，并且采用增加地網長度的辦法，投資較少、施工便利。