中波廣播單塔天線改造三頻共塔實(shí)例

鄭 炬

（作者單位：寧夏廣播電視臺(tái)傳輸發(fā)射中心）

1 中波廣播發(fā)射天線的建造方式

大多數(shù)中波廣播發(fā)射臺(tái)站都采用一個(gè)頻率使用一座單塔發(fā)射天線，這就需要很大的發(fā)射場地，而現(xiàn)階段隨著城市擴(kuò)建，發(fā)射臺(tái)站發(fā)射廣播頻率擴(kuò)容，早期建在城市邊緣的發(fā)射臺(tái)站的發(fā)射場地已經(jīng)滿足不了多個(gè)單塔發(fā)射天線的用地需要。

常用單塔中波發(fā)射天線高度為76 m，底座采用耐高壓高強(qiáng)度絕緣材料做絕緣隔離，避免對(duì)地面形成漏電影響發(fā)射功率損耗。在鐵塔底部采用球形石墨放電球，兩個(gè)放電球之間間隔1 cm左右，一端連接鐵塔，另一端連接地網(wǎng)且以鐵塔塔基為中心連接120根長度不小于發(fā)射塔高度的銅線，以放射狀向周圍敷設(shè)出去，外圍沿一個(gè)圓形均勻連接，埋設(shè)深度0.5 m以下，對(duì)地阻抗不高于4 Ω，濕地是理想的發(fā)射場。

2 氣候環(huán)境對(duì)發(fā)射天線的影響

由于以上故障的困擾，上級(jí)部門決定技術(shù)整改，同時(shí)增加5套調(diào)頻頻率發(fā)射任務(wù)。發(fā)射臺(tái)正在運(yùn)行的發(fā)射機(jī)生產(chǎn)廠家拿出了三頻共塔的設(shè)計(jì)方案。

3 中波廣播發(fā)射天線的三頻共塔

3.1 合格的工作寬帶

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，駐波比小于1.2，帶寬不小于±4.5 kHz，這個(gè)帶寬并不是越大越好，否則會(huì)影響其對(duì)雷電殘波和附近發(fā)射頻率的濾波能力。因此，工作帶寬只要能滿足就行，不宜留過多余量。

三個(gè)相互干擾頻率如表1所示，由于發(fā)射臺(tái)的特殊性，具體頻率不便給出因此用編號(hào)代替。

表1 三個(gè)相互干擾頻率

滿足相鄰頻率的比例達(dá)到1.1以上的間隔，可以應(yīng)用三頻共塔。

3.2 合適的天線塔參數(shù)

天線高度限制了發(fā)射頻率的最高值，天線高度不足則原始帶寬不夠。發(fā)射臺(tái)現(xiàn)使用的中波單塔發(fā)射天線，天線塔高度為76 m，滿足64～84 m塔高要求。

3.3 天調(diào)室的尺寸要求

發(fā)射臺(tái)現(xiàn)使用天調(diào)室不能滿足三頻共塔所需5×3 m的要求，需要建造新的天調(diào)室。

4 三頻共塔新電路的設(shè)計(jì)

4.1 前置防雷結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在使用的防雷地網(wǎng)稍作變動(dòng)，滿足三頻共塔的要求不再做大的改動(dòng)。新設(shè)計(jì)的前置防雷通道電路結(jié)構(gòu)采用一個(gè)多重防護(hù)的容感阻抗濾波網(wǎng)絡(luò)。

阻塞網(wǎng)絡(luò)的阻抗：Z=Qmax×L，Qmax=50 Ω。

選擇L和C，根據(jù)公式（1）和公式（2）

當(dāng)阻塞頻率高時(shí)L相對(duì)小一些，C相對(duì)略大一些，反之亦然。

并聯(lián)元件X，根號(hào)前取正號(hào)為感抗XL側(cè)重防雷，并聯(lián)XL選用電感。

串聯(lián)元件X，根號(hào)前取負(fù)號(hào)為容抗XC選用電容。

雷電波從天線塔引入，首先經(jīng)過一個(gè)前置防雷結(jié)構(gòu)過濾和限幅，限幅后最大殘壓大小由石墨放電球間隙決定，每毫米間隙的殘壓約為2 500～2 800 V，殘壓中的低頻和直流成分幾乎被L和C過濾干凈了，殘壓頻譜中絕大部分能量都被后續(xù)電路中的：π網(wǎng)絡(luò)帶通濾波器過濾掉了，只剩下發(fā)射載波附近幾十千赫茲寬度的能量繼續(xù)入侵到發(fā)射機(jī)，這時(shí)其幅度只有幾十伏，完全不會(huì)對(duì)發(fā)射機(jī)造成影響。

4.2 隔離度和效率

三頻共塔電路的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，要考慮不同電路形式和每個(gè)元器件對(duì)帶寬的影響，針對(duì)干擾點(diǎn)選擇阻塞網(wǎng)絡(luò)和線波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，計(jì)算特別復(fù)雜，只能交給仿真計(jì)算機(jī)完成。

經(jīng)過計(jì)算設(shè)計(jì)得出以下方案，如圖1和表2所示。

圖1 電路圖

表2 參數(shù)表

整個(gè)過程用中波網(wǎng)絡(luò)調(diào)試分析儀調(diào)試。

整個(gè)調(diào)試過程就是設(shè)計(jì)過程，必須使用軟件仿真智能運(yùn)算，類似控制論的模擬智能過程。

安裝調(diào)試完成后，整機(jī)運(yùn)行測試每個(gè)頻率的發(fā)射效率達(dá)到95%甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，抗干擾和防雷擊達(dá)到設(shè)計(jì)要求，反射功率都小于0.1 kW。環(huán)境測試，在不同濕度50%～80%參數(shù)變化很小，不影響發(fā)射設(shè)備工作。試運(yùn)行性能穩(wěn)定，投入運(yùn)行至今沒有出現(xiàn)故障。

這次故障經(jīng)歷了很多波折，但開拓了我們處理故障的思路，積累了大量實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，提高了發(fā)射設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)率，確保了發(fā)射臺(tái)優(yōu)質(zhì)播出，保證了廣大人民群眾更好地收聽廣播節(jié)目。