中波發射天線地網對發射效果的影響探究

葉志豪

（作者單位：河南廣播電視臺無線電臺管理中心）

隨著近年來我國經濟的快速增長，居民對廣播電視信號的要求越來越高。如何提升中波信號的傳輸質量成為現階段廣播電視行業必須解決的問題。中波廣播是一種以地面波與天波相結合的信息傳播形式，在應用中波廣播時，要充分考慮中波發射天線地網對發射效果的影響，進一步提升廣播信號的傳輸質量。

1 中波特征概述

中波是一種波長在200～600 m、頻段范圍在526.5～1 606.5 kHz的無線電波[1]。地面波是中波的主要傳播形式，大地作為導體，能夠實現在幾百千米內的傳播。電離層在白天日光的照射下，會出現密度增大的現象，從而變成優良導體，吸收一部分天波。而地波在傳播時，比較容易被大地吸收。所以中波在白天的接受能力會相對更弱。

由此看來，中波廣播非常容易受到外界因素的影響，穩定性比較難控制。天波傳輸容易受到外界環境的干擾，高層建筑等設施會對信號的傳播效率與質量產生影響，帶來信號卡頓、中斷等問題。地波傳輸容易受到距離的影響，距離越長，信號的弱化現象越嚴重。在實際應用中波廣播時，會通過架設天線結合地網的形式，從中心徑向輻射，達到擴大中波發射信號傳輸范圍的效果[1]。

2 中波發射天線地網應用實例

某中波轉播臺在建設時，共建設3座中波自立塔，具體參數如表1所示：

表1 3座中波自立塔的具體參數

該中波發射天線地網將中波自立塔的塔基中心視作圓心，每隔3°便鋪設一根深埋40～50 cm的地網線（地網線為Ф3 mm紫銅線），共鋪設120根，使其呈放射狀向外分布，一直鋪設到天線區場地邊界和兩塔距離之間的交界處。地網長度小于0.3λ的應該設立簡易高頻地井。地井的間隔為12條地網線。地網線與地網線之間用圓環連接，圓環由內、中、外三個環組成。在該案例中，鐵塔的圍墻、調配室的外側、鐵塔與調配室之間都鋪設了10 cm×0.75 mm的紫銅板，將紫銅板作為地網內環，連接塔基回流條和地網線[2]，并利用寬度為40 cm、厚度為10 cm的混凝土進行固封，即完成了內環線的施工。

中環設置在地網半徑30 m的位置，利用紫銅線把地網線連接起來，即完成了中環線的施工。

外環設置在地網線的末端，與中環相同，同樣采用紫銅線進行連接。確保地網線連接起來后，保障其與相鄰地網有效連接。如果在鋪設地網的過程中，遇到了圍墻圈界，要將地網鋪設在圍墻的底端。如果遇到建筑障礙，要繞開建筑障礙再進行鋪設。如果遇到了水池，要并接相鄰的12根地網線，利用紫銅板將地網線埋置池底50 cm深位置進行敷設。并且在間隔6 m的位置采用砼柱進行固定，在砼柱的上端10 cm處開孔，用作穿孔和固定紫銅板。在該案例中，鋪設地網時共遇到一個蓄水池，總共使用了80根砼柱。

在地網的末端，要把一根圓鋼砸到地下，確保地網末端良好接地，并在地網末端利用砼柱作為標志。在該案例中，總共使用了240根砼柱作為標識，總共建設了10個高頻地井。

該中波轉播站處于城市郊區，在建成后已經運行了3年。相較于舊臺，該中波轉播站的天線地網設計更加完善，大幅度擴大了覆蓋的范圍，提升了信號傳播的質量，實現了45 km范圍內的信號優質傳播，有效避免了雷雨天氣引發的天線駐波過大等問題，降低了信號發射機被雷擊的概率。

3 中波發射天線地網對發射效果的影響

中波發射天線地網對發射效果的影響體現在多個方面，其會對發射功率、輻射范圍以及信號質量等多方面產生影響。

3.1 地面消耗因素對發射功率的影響

接地電阻增大是地網不良的主要表現之一。為提升發射功率，要重視如何把天線高頻電流轉換為電磁波能量。天線輻射電阻和地面損耗是影響天線輻射效率的兩個主要原因，天線輻射效率和天線輻射電阻、地面損耗之間的關系見式（1）。

其中，μ代表天線輻射效率，RA代表輻射電阻，RL代表損耗電阻；Pr代表輻射功率，Pi代表輸入功率。即接地電阻越大，地面損耗越大，輻射效率就越低。通常接地電阻控制在2 Ω以下。通常情況下，電阻越小越好。

天線本身就具有一定的輻射能量，發射天線的部分能量在信號傳輸時會經過地面，產生信號損耗現象。能量的損耗程度會根據信號發射的時間與距離發生變化，距離越遠、發射時間越長，廣播系統的傳輸功率就越低，信號質量就越差。而地網在發射信號時，電波能量也會出現消耗，信號傳輸的距離會被進一步減小，信號的傳輸質量與效率也會因此受到影響。在電波能量被削弱后，廣播信號的強度會大幅度下降，難以完成遠距離傳輸任務。

3.2 中波發射天線地網對信號覆蓋面積的影響

當天線輻射主電場和地面反射副電場出現相位不一致時，輻射的總電場就會被削弱。地面在受到電磁波作用以后，就會產生地電流。傳導電流和位移電流共同構成地電流。地電流在天線輻射空間內部會產生再輻射。除了主電場以外，還有附加副電場，二者疊加便形成總電場。當兩個電場電磁波的空間路徑不同時，相位差會變得越來越大，從而導致天線振幅出現波動，覆蓋區域面積也會進一步縮小。為了降低中波發射天線電網對信號覆蓋面積的影響，要盡可能選擇導電性比較好的地面，確保地面平坦濕潤，為地電流提供一條良好的通路。

中波發射天線地網的穩定性會對信號覆蓋面積產生影響，理論上來講，穩定性越強，信號覆蓋面積越大；穩定性越弱，信號覆蓋面積越小。如果想要擴大信號的覆蓋面積，在應用中波發射天線地網時，可以借助地面介質強化信號，強化中波的傳輸效果。但是在實際應用中波發射天線地網時，天線和地網分別作為主電場與副電場，在傳播方式上存在根本差異，且不同電場之間的介質也有著較大的差異，信號覆蓋的面積也會因此受到影響。就中波發射信號而言，其對地波的依賴程度相對更高。如果信號范圍覆蓋不全，說明地波的傳播受到了限制。垂直極化是地波傳輸信號的主要方式，因此為了提升地波的傳輸效率，要重視地網的建設，選擇合適的地波垂直天線。地波垂直天線的故障概率較高，如果發生故障，維修成本與難度相對較高。一旦地波垂直天線出現故障，中波發射天線地網也無法有效地傳輸中波發射信號，實際信號覆蓋范圍也會受到影響，信號的清晰度和可接受度都會降低。

3.3 中波發射天線地網對信號裝置安全的影響

當天線和饋線不匹配時，就會加大反射，對發射效果產生影響。天線的輸入阻抗會受到多種因素的影響，如季節、地網、環境、天線形狀、工作頻率等。饋線的特性阻抗通常被設置為50 Ω[3]，而天線的特性阻抗是可以調整的，利用調配網絡可以將其調整到50 Ω，從而與饋線的特性阻抗相匹配。當天線與饋線協調匹配時，傳輸效率便能夠得到保障；當二者不匹配時，傳輸效率便會受到影響。

中波發射天線地網對饋線、天線的協調匹配要求相對更高，當設備與設備之間的兼容性達不到要求時，中波信號傳輸信號會受到限制。因此，在應用天線地網裝置時，需要對輻射阻抗、輸入阻抗進行調整，只有確認參數信息準確無誤后，才能有效地控制信號裝置。當信號參數發生變動時，雷擊的概率也會增加，使得信號裝置正常工作受到影響，因此天線地網信號裝置要先完成天線網絡的匹配，然后與地線進行連接。只有發射天線的地網安裝滿足相關要求，天線的接地連接才能得到保證。

4 中波發射天線地網系統的維護要點

4.1 天饋線的維護要點

日常維護天饋線是中波發射天線地網系統的維護重點，所以要重視對天饋線的日常維護，制訂相應的周檢計劃、月檢計劃、季檢計劃與年檢計劃，落實日常維護工作。天線地網系統的焊點較多，且普遍埋設較淺，因此非常容易發生斷損現象。相關工作人員在日常工作的過程中，要重點處理破損問題，確保地網的完整性，確保每個接頭焊接牢固。在檢查地網線是否破損時，可以利用電纜探位儀進行檢測，對地網線的電氣特性進行測試，從而確保地網線正常運作。

發射塔的維護一般以3年為一個周期，每隔3年就要對發射塔進行深度維護。發射塔維護的主要內容包括緊固鐵塔連接點與拉錨接點、矯正拉線位置等。維護人員要重點檢查放電球、接地點等位置，確保各接地點的電阻合規。

調配網絡和饋線的維護一般以周為周期，維護人員在每周的停機檢修時間，要重點對調配網絡和饋線進行檢修，檢查電容電感是否存在雷擊燒壞現象，饋線接點是否架設穩固，避免接觸不良導致的發熱和傳輸效率下降等問題。

4.2 發射機系統的維護要點

發射機系統是中波發射系統的重要組成部分，其作為能量發射的開端，發揮著重要的作用。維護人員在檢查發射機系統時，要重點檢查天線駐波比、調制度、反射功率及入射功率等指標，做好發射機系統的參數記錄工作，對參數進行比較，檢查其是否存在異常。尤其是駐波比和反射功率兩個參數，一旦這兩個參數出現異常，要立即采取措施，避免發射機系統出現故障。

4.3 中波饋線系統的維護要點

中波發射系統的維護也同樣重要，不僅要重視中波發射系統的日常維護，還要以3～5年為周期，定期進行維修，重點檢查拉線情況，避免拉線出現腐蝕、形狀異常、破損等問題。在饋線維護方面，要優先檢查導線是否存在斷裂或裸露等問題，如果發現饋線存在異常要及時更換。

5 降低天線地網對中波發射效果影響的策略

5.1 對技術方案進行優化

在應用中波發射天線地網時，常會遇到天線干擾問題。為盡可能減少天線干擾問題，相關工作人員要開展相應的預防工作，降低天線對中波發射的影響。技術方案的優化能夠有效控制天線干擾問題的出現，如為了降低信號傳輸設備自損現象，可通過增加電流的分布腹點數量，提升信號發射強度，使中波廣播的發射頻率得到增強。要想進一步提升中波廣播的發射頻率，還可以在挖建地井時，將鐵塔作為中心。在地井施工時，利用木炭與大粒鹽進行埋土，從而解決發射天線的接地問題。地井與地井之間的間隔通常控制在3 m左右，中心地井的深度和施工地井的直徑通常都為4 m，當多個地井連接時，能夠從多維度降低天線地網對中波發射效果的影響，保障中波廣播發射系統的運行質量與效率[4]。

5.2 對地網鋪設方案進行優化

通過上文的分析不難發現，地網對中波廣播發射系統有著非常大的影響，其直接關系到了信號的覆蓋范圍。因此，要想擴大中波發射范圍，就必須重視地網的鋪設。在鋪設地網時，應該將塔基設為中心，頻率設置在0.3～0.5倍波長為半徑的圓內范圍，并在圓內鋪設60～120根銅線，銅線的直徑通常為3 mm，銅線埋置的深度通常為30～50 cm。在埋藏地網時，要使其形成閉合的圓環，讓線數保持雙線。如果中波發射天線的直徑為5 cm，那么應該將雙線圓環應用在內部地網結構的外環部位。要注意的是，將地網埋入地下以后，其一旦發生故障，維護成本就會大幅度提升，中波廣播信號也會因此中斷，因此要重視地網鋪設的質量[5]。

5.3 對中波發射天線地網進行改良

相較于天波信號，地網信號傳輸的穩定性更強。地網信號傳輸不容易受到自然條件的影響，但地網信號傳輸會隨著距離的增加變得越來越弱，信號傳輸的強度也會因此受到影響。有的中波臺為了完成發射任務，會選擇擴大天線場區面積的方式，擴大信號的覆蓋范圍。除了擴大土地面積，還可以通過優化地網鋪設來提升中波發射天線地網的發射效果。例如，在不同的施工點設置不同的天線塔基，并且將其按照放射狀進行鋪設，就可以實現地網系統的優化。

6 結語

本文首先闡述了中波的具體特征，其次對中波發射天線地網的應用實例進行了分析，再次對中波發射天線地網對發射效果的影響進行了探究，最后分析了中波發射天線地網系統的維護要點和降低天線地網對中波發射效果的影響的具體策略。廣大廣播電視臺工作者在應用中波發射天線地網時，只有重視中波發射天線地網的建設與維護工作，通過優化天線地網技術方案與地網鋪設方案，降低中波發射天線地網對發射效果的影響；重視對天線地網的日常維護，保障天線地網的正常運作，才能保障信號傳播的質量。