廣播電視無線發射臺站調頻天線改造設計與實踐

王實現

（寧波廣播電視集團，浙江 寧波 315036）

0 引 言

茅洋山發射臺（以下簡稱臺站）位于寧波市東北方向茅洋山頂，海拔300 m左右，是寧波廣電集團下屬的骨干發射臺之一，承擔著寧波調頻廣播音樂頻道98.6 MHz、地面數字電視等發射任務。該調頻發射臺的天線于2013年建設完成，現從安全播出與覆蓋優化角度出發，需對發射天線進行改造。基于此，本文詳細介紹調頻天線改造的設計與實踐。

1 天線更新改造的必要性

1.1 發射天線存在安全隱患

臺站技術人員對天線進行專項例行檢查時，發現原天線存在多處導體中心玻璃鋼防水罩開裂、天線接口防水膠帶老化、四面天線均不在同一水平面上且偏置尺寸相差較大、天線發射板強度差晃動大等問題?；谠摪l射天線材料質量、施工安裝工藝上存在較明顯的問題，臺風時極可能引起停播故障，安全播出隱患嚴重，已經到了必須更新的程度。

1.2 覆蓋場形有優化空間

經測試原有天線場強覆蓋情況，寧波主城區總體已達到調頻覆蓋場強值要求，但存在覆蓋場強部分能量偏向于舟山方向海面區域，一定程度上造成寧波市區場強電平弱化，鎮海北侖方向能量分布相對分散；造成城區南部場強偏小，部分車載收音機無法自動鎖臺等問題；且天線場形分布不規則，場形波瓣存在較明顯波谷。因此，需通過更新調頻天線并對場形優化調整，提高人口密集區的覆蓋效果。

基于以上原因，需對發射天線進行更新改造，以提升覆蓋的范圍和質量。

2 天線改造的目標和需求

對于本次天線更新改造，主要的目標需求如下：

（1）在保證原有寧波主城區為主要覆蓋區外，應適當加強慈溪、余姚兩市地區場強，并涵蓋奉化區大部、鎮海、北侖區全部，象山港大橋大部；

（2）調整原天線覆蓋布局，減少舟山北侖方向場強，新天線布局向主城區傾斜兼顧慈溪余姚覆蓋，沿用原天線垂直極化方式，優先考慮車載接收；

（3）重新設計天線偏置方向，使水平場形波瓣峰谷比降低，減少原天線場形波瓣凹陷的問題；

（4）因原有寧波主城區方向8層天線垂直覆蓋波瓣角狹小，針對性地對此進行電氣下傾與零點填充，使寧波主場區場強得到改善；

（5）因需要考慮慈溪余姚的覆蓋，寧波北部海面依舊存在部分能量的情況不能避免，但應盡量減小在北部海面的能量損耗。

3 天線方案的設計

根據天線更新改造的需求，西側寧波主城區要求覆蓋理想，距離約15～20 km；西北側慈溪至杭州灣希望能兼顧覆蓋到，最遠距離約80 km；西南側覆蓋至奉化區，距離約45 km；東側需要覆蓋約20 km；北側海面無覆蓋需求。由于發射鐵塔方向為偏轉19°，因此天線面板在布局時可以不用通過安裝構件加以偏向，可以通過天線層數的定向布局，增加所需要加強天饋系統方向性增益朝向的天線層數（即增大天線口徑）[1]，即可實現覆蓋區域的需求變化。

3.1 天線方案的選擇

為了解決上述覆蓋區域需求，技術人員調研多家天線生產廠家，并對多個天線方案進行評估對比。根據需求，論證的天線布局方案有8864（即對應西南、西北、東北、東南方向分別有8層、8層、6層、4層天線，下同），8646，8628，8862，6622及8844。最后選定6622，8844兩種布局進行詳細計算。

如果2個8層方向的下傾角度不同，會使得兩面夾角的場型合成有問題，可能使得寧波主城區的覆蓋不理想。8層的方向性增益大，但是垂直面波瓣較窄，方向性更強，如果下傾角度設計得大，那么必然會對慈溪至杭州灣遠區覆蓋不好；如果下傾角度調小，那么近場的輻射能量可能就較少。因此，最先考慮6622布局，6層天線的垂直面場形胖一些，增益也下降不多，更能同時“照顧”近遠區。設計的6622天線場形如圖1所示。

圖1 FM98.6 MHz 6622天線方向圖

根據改造目標需求，盡量減小在發射塔北側的海面的覆蓋，因此做了北側6層天線的偏轉設計計算，場型如圖2所示。

圖2 FM98.6 MHz 6622天線方向圖單面旋轉15度場型

對比偏轉水平場型圖和6622正常布局水平場型圖，技術人員發現覆蓋情況變差，因此不再考慮機械偏轉單面的形式。之后，計算8844布局場型如圖3所示。

圖3 FM98.6 MHz 8844天線方向圖

覆蓋預測計算基于ITU-R P.1546建議書，選用50%時間、50%地點位置曲線。

簡單使用天線相對高度h1=150的曲線，固定1 kW有效輻射功率，進行計算。

2662方案的場強估算如下：

（1）2層方向20 km最大場強估算，約62 dB+1.5 dB-1 dB（饋線損耗）=62.5 dB；

（2）6層方向40 km最大場強估算，約48 dB+10.7 dB-1 dB（饋線損耗）=57.7 dB；

（3）6層方向80 km最大場強估算，約30 dB+10.7 dB-1 dB（饋線損耗）=39.7 dB。

8844方案的場強估算如下：

（1）4層方向20 km最大場強估算，約62 dB+5.7 dB-1 dB（饋線損耗）=66.7 dB；

（2）8層方向40 km最大場強估算，約48 dB+11.7 dB-1 dB（饋線損耗）=58.7 dB；

（3）8層方向80 km最大場強估算，約30 dB+11.7 dB-1 dB（饋線損耗）=40.7 dB。

根據以上結果，對比8844布局方案和6622布局方案，可知：

為拓展公益訴訟案件線索來源，滕州市檢察院從小處切口，在點上發力，在全省率先出臺了公益訴訟案件線索舉報獎勵辦法，對獎勵條件、獎勵金額、獎金發放程序以及對線索舉報獎勵工作的監督等內容作出明確規定。《辦法》規定，社會公眾可以通過來信來訪、撥打電話、電子郵箱、滕州檢察公益訴訟“掌上拍”小程序等多種方式舉報公益訴訟案件線索，經查證屬實并履行完訴前程序后，即可獲得300元至1000元的現金獎勵；線索特別重大的，經檢察長批準，可獲得1000元至5000元的獎勵。目前，另有4起舉報線索的獎勵工作正在審批中。

（1）水平面場形，2個方案形態相同，只是6622方案的2層方向的場形于歸一場形中相比8844方案的4層方向場形要??；

（2）垂直面場形中，6622方案的2層天線無法做零點填充，覆蓋存在零點位置；

（3）增益計算方面，8844方案中4層增益為5.7 dB，8層為11.7 dB；2662方案中2層增益為1.5 dB，6層為10.7 dB。從增益計算看，6622方案增益小于8844方案，尤其在東側區域。

通過賦形預測軟件對天線8844方案進行仿真計算和技術分析，可以判斷8844方案是可以滿足覆蓋需求的，并且計算得出分支電纜不同相位可以精準控制輻射主向下傾角度，盡最大可能“照顧”到近遠場區。

經研究，對比多種天線布局、安裝方案與覆蓋預測，最終根據覆蓋地形和人口范圍、塔體結構強度、實施難易度、雙頻共塔要求等多方面綜合評估，形成改造方案，最終考慮選擇新天線陣列形式為4884，即東南側4層，西南側8層、西北側8層、東北側4層。新天線布局如圖4所示，結構如圖5所示。

圖4 新天線布局平面圖

圖5 新天線方案結構圖

采用垂直極化調頻雙偶極子板天線替代原有天線。陣列賦形后，主瓣最大方向性約為11 dBd。

3.2 主向下傾與零點填充

當發射天線的主向與水平線為同一方向時，由于垂直面方向圖的對稱性，使得一半有效輻射功率因朝著水平線以上方向發射而得不到利用[2]。為此，在天線的賦形設計中，為使盡可能多的有效輻射功率分布于服務區，同時又不過多地降低發射天線的增益，可將發射天線的主向向下傾斜一個適當角度。主向下傾對有效輻射功率的利用率與天線增益大小有關[3]。主向下傾分為電氣下傾和機械下傾兩種方法。

根據天線專業技術專家的理論計算和天饋線工程經驗，改變分支電纜長度（即相位），通過精準計算，可以使得電氣下傾和零點填充同時進行[4]。使用此方法的優點如下。

（1）機械下傾是通過安裝件實現，而在實際安裝過程中，無法精準地對每片天線設定相同的下傾角度，如果正面天線同時下傾，上層天線安裝邊寬大于下層天線的邊寬，會導致水平場型不統一。而使用電氣下傾，計算準確，并能減少構件的使用，降低隱患。

（2）改變電流相位而進行的零點填充不改變電流幅度，能夠使得天線輸入功率達到最大。

參照ITU-R P.1546建議書中相關內容，水平線與最大視距線之間的夾角為，其中θH表示水平線與最大視距線之間的夾角，Ht表示發射天線中心相對于距發射天線3～15 km內平均地面高度的高度差。

波束下傾角θ一般為θH的1.5～2.0倍。本工程天線安裝于相對標高315 m處，經過計算，水平線與最大視距線之間的夾角為0.57°，電波直射距離最大為54 km。

對于西南方向，服務區要求是21～31 km，為了使8層天線設計的覆蓋區域位于直射波距離以內的區域，取θ= 1.5θH= 0.768 9 ≈ 0.8，主波束對應的距離是24.6 km，正好在主瓣有效覆蓋范圍21～31 km之內。

對于西北方向，服務區要求是15 km，為了使4層天線的服務范圍是15 km，4層天線下傾角取θ=1.2°，主波束對應的距離是15.345 km。

本項目根據服務區的遠近需要同時兼顧，為更好地服務重要覆蓋區域，對主向天線進行計算，下傾角為0.8°～1°，并保證第一零點填充大于10%。

4 天線改造的實施與效果

4.1 天線改造的實施

本次改造項目主要內容包括舊天線拆除與新天線安裝、天饋線系統加裝充氣設備等。項目施工期間，技術人員全程細致監管，嚴抓施工質量，完成了原調頻天線24片雙偶極板振子及配件拆除和新調頻天線24片雙偶極板振子及配件安裝。在整個安裝過程中，技術人員吸取經驗教訓，整套天線經過防水、防銹處理，整個天饋系統所有接口全部用密封膠封閉。為防止饋管接頭進水，接頭處除使用703膠密封外，待膠水基本干時再纏繞膠布，然后再用703膠補縫，最后外用熱縮套管熱縮。

4.2 新天線駐波比測試

駐波比是發射天線重要的性能指標，反映了天饋線的匹配情況。駐波比高的天饋系統，信號在饋線中損失很大[5]。改造后的天線駐波比應盡量接近1.0，越小越好。經測試，改造后新天線駐波比為1.01，測試結果如圖6所示。

圖6 天線駐波比測試

4.3 新天線覆蓋場強測試

設備安裝完成后，技術人員對新天線的場強覆蓋情況進行了全面的系統的評估，通過德力DS2500T調頻路測儀（覆蓋路測）獲得客觀的路測數據，用車載收音機、德生PL600收音機進行主觀收聽評測，對FM98.6 MHz在多地的覆蓋效果進行了路測和定點測試。為了將路測儀器測得數據和通過收音機主觀收聽評測結果進行清晰的比對，技術人員將場強信號進行了信號劃分，結果如表1所示。

表1 場強信號劃分

圖7所示的路測數據為天線更換之后的全路測區域數據統計。路測數據表明，接收信號穩定、基本無底噪區域占比超過70%。經實際路測，調頻信號在寧波主城區、北侖和鎮海區實現良好覆蓋，奉化區主要區域基本覆蓋，余姚和慈溪區域除山脈遮擋外可接收度得到有效提高。

圖7 FM電平路測場強柱狀圖

5 結 語

在本次改造項目中，新天線的技術指標、設備安裝效果與防水密封性能及信號場強覆蓋效果均滿足要求，自更新改造安裝完成啟用以來，已正常運行兩年，期間經歷了冬天冰凍、長時間的雨天和多次打雷考驗，觀察至今天線安裝硬件未出現不良情況。系統駐波比穩定未有異常波動，信號接收和場強覆蓋達到改造預期結果。