無線電中波廣播發射技術與維護分析

欒智匯

（白山市臨江電視轉播臺，吉林白山 134300）

1 無線電中波廣播

無線電中波廣播采取調幅調制方式，頻段為526.5～1 606.5 kHz，波長為570～1 870 m，傳播形式主要為地波，大功率遠距離通訊則選擇天波+地波形式，以形成穩定覆蓋范圍[1]。一般無線電中波廣播覆蓋區域為單一陸地性質介電常數，其覆蓋場強選擇單一傳播路徑計算方法，即基于萬·代·波爾與不萊梅電波沿球形地面繞射理論的地波場強計算，具體如下：

式中，E0為任意點接受場強，mV/m；r為中波接收點到中波發射機的地面距離，km；|W|為繞射衰減因子的模；P為發射功率，kW；GT為發射天線增益。

2 無線電中波廣播發射技術

2.1 發射機應用技術

無線電中波發射系統由發射系統、中波地網、天饋線系統、信源系統、供配電系統、綜合防雷及接地系統幾個部分組成。其中發射系統包括發射機、中波桅桿天線、天線調配網絡、桅桿天線地網及其他元器件。發射機是發射系統的核心，由音頻部分、電源部分（直流電源、交流電源）、射頻部分、控制部分（自動開關機、自動巡檢、故障自動報警、自動顯示工作狀態參數等）等幾個部分構成，其可在處理接收音頻信號的同時調制因機器振蕩產生射頻信號，進而放大信號對已調波信號進行濾波、阻抗變換，獲得適宜在饋線傳播的已調波信號。從功率等級來看，無線電中波廣播發射機包括單機輸出功率超50 kW 的大功率發射機（50 kW、100 kW、200 kW、500 kW）與單機輸出功率小于50 kW 的中小功率發射機（15 kW、10 kW、1 kW）。

2.2 天饋匹配網絡技術

無線電中波廣播發射質量受天饋匹配網絡的直接影響。天饋匹配網絡是在精準測量天線在發射載波頻率上特性阻抗、邊帶阻抗的基礎上，結合發射設備本身功率特性、外界環境高頻干擾因素，合理運用抑制外界高頻倒送的阻塞網絡（或陷波網絡），確保網絡內各個元件正常發揮作用，網絡間匹配度更高，且電壓、伏安量處于恰當范疇[2]。

天線阻抗為復數阻抗，含實部電阻與虛部感抗（或容抗），根據工作頻率的差異，對應的天線在發射載波頻率上特性阻抗也具有一定差異。而發射機輸出阻抗為定值純電阻阻抗（50 Ω、230 Ω 等），具有相應特征阻抗的饋線可完成發射信號到天調室的輸送，期間天線阻抗作為復數阻抗隨著邊框、高度、頻率的變化而變化。為確保實部電阻與饋線特征電阻相等，且天線阻抗虛部電抗相互抵消，可借助電抗元件與電容匹配的方式插入無線電中波廣播發射系統。常用的電抗元件與電容匹配方式為 型，在 型匹配形式中，天線阻抗為實部阻抗與虛部阻抗，根據頻率表現天線阻抗存在差異，天饋匹配網絡技術應用的關鍵在于調制實部電阻，促使實部電阻與饋線阻抗相等，再對虛部阻抗進行諧振抵消促使其等于0。一般在實部阻抗小于饋線阻抗時，可選擇正 型網絡，先串聯電抗元件并調整實部電阻與饋線阻抗相等，再并聯電抗元件抵消虛部電抗，實現天饋網絡匹配。在虛部電抗數值較小的情況下，可直接使用串聯電感、并聯電容（或串聯電容、并聯電感）的方式，抵消虛部電抗；在實部阻抗大于饋線阻抗時，可選擇反 型網絡，先并聯電抗元件并調整實部電阻，再串聯電抗元件促使實部電阻與饋線阻抗相等，且內部并聯元件（2個電抗元件性質相反）電抗值自動抵消天線虛部阻抗串并互化值。在 型網絡無法滿足無線電中波廣播發射天饋網絡匹配要求時，可根據天線虛部阻抗與實部阻抗間的關系，選擇T 型網絡（或π 型），以串聯、并聯轉換為基礎，設定無線電中波發射天饋網絡回路品質因數在2～6。一般在天線虛部阻抗小于2倍實部阻抗時，選擇T 型網絡；而在天線虛部阻抗大于等于2倍實部阻抗時，選擇π 型網絡。

2.3 天線鋪設技術

在無線電中波廣播發射技術中，天線鋪設是極其重要的組成部分。無線電中波廣播多選擇終端開路的駐波天線——單根桅桿天線，天線末端為電流節點[3]。理想情況下，以大地為傳輸介質的垂直振子內鏡像陣子、源振子電流分布等幅同向，垂直陣子的輻振方向（仰角、天線高度）與相位系數、波長具有較大關系，水平面的輻射電場強度則與天線高度具有較大關系。在方位角為0°時，天線高度對地波場強具有直接影響，地波場強與天線覆蓋距離呈正相關。根據天波發射仰角與跨開距離成負相關的特點，可選擇天線高度為1/2波長周邊的天線，在保證地波強度與大跨度距離的同時，規避擬規劃服務器形成衰落區。從天線結構來看，理想天線形式應為含一定錐角無限長錐形天線且輸入阻抗與自由空間波阻抗相等，在無限長錐形天線無法實現的情況下，可將無線電中波廣播發射天線椎體突變修改為漸變、緩變，以減少發射波長。同時為保證天線覆蓋效果，在天線發射頻率與高度一定情況下，可借助加感法引入集中參數擴大天線直徑，打造四邊形塔體的上翹錐形天線結構，頂部為指數曲線（或高斯曲線）椎體。其中錐形塔體頂部為直徑4～10 m 的金屬導體；塔體則為角鋼制作，與φ10 m地網連接。對應天線饋電形式為非平衡單極，電流經天線陣子與電流鏡像形成對稱曲線陣子分布，經垂直極化完成地波傳輸。

中波桅桿天線敷設電磁波輻射渠道為大地，大地非理想導體，電流通過期間無法避免損耗問題，加之天線本身導體損耗、底部絕緣高頻損耗的存在，需考慮天線輻射效率與天線輸入功率（有效功率減去饋線損耗、調配網絡損耗）與桅桿天線振子損耗（大地回路損耗、天線振子損耗、高頻損耗等）。同時考慮到天線高度較低時其底部周邊地電流處于較大的數值，提高天線輻射效率成為降低地損失的有效手段，在天線底部周邊輻射良好地網則是提高天線輻射效率的關鍵。一般在天線高度一定時，地網輻射半徑需稍微等于或超出桅桿天線高度。如在鐵塔基礎30 m 半徑范圍內，以鐵塔基礎底座為中心，輻射狀輻射φ3紫銅線，并在30 m 半徑位置，借助φ3紫銅線設置匯流環，將其余紫銅線可靠焊接于匯流環。

3 無線電中波廣播維護要點

3.1 開發應用遠程監管軟件

無線電中波廣播發射臺遠程監管平臺是在網絡通信技術、計算機應用技術、現代控制技術、軟件數據庫技術等現代化技術支持下的系統，可實現無線電中波廣播發射機房自動播出控制、遠距離監管及故障自動診斷、自動處理，實現“有人值守，無人值班”[4]。一般無線電中波廣播發射遠程監管平臺由遠程監控端、現場設備監測系統、數據傳輸系統部分組成，具體如圖1所示。

圖1 無線電中波廣播發射遠程監管平臺結構

如圖1所示，遠程監控端負責將控制數據流傳送至數據傳輸系統、現場設備監測系統；而現場設備監測系統則負責將狀態數據流傳遞至數據傳輸系統、遠程監控端。其中現場設備監測系統不僅負責實時偵聽并分類處理自動播控端上報故障及火災、破壞等特殊故障，而且負責實時操控發射機開關、空調開關，并統計播出報表與維護月報表；數據傳輸系統可定期更新無線電中波廣播發射運行數據并進行校時；遠程監控端負責遙控監測無線電中波廣播發射臺工作，并及時處理維修派遣單。

3.2 加強日常維護管理

3.2.1 清潔

無線電中波廣播發射系統極易覆蓋灰塵，進而影響系統散熱，引發系統元器件短路問題，埋下無線電廣播信號發射失真隱患[5]。維護人員應加強對除塵工作的關注，避免灰塵大面積覆蓋無線電中波廣播發射系統影響系統正常穩定運行。在清潔工作開展過程中，不僅需清潔無線電中波廣播發射系統設備、元器件與儀器儀表，如功放單元、激勵器、控制器、軸流電機等，而且需清潔發射系統所在環境，減少源頭污染，為無線電中波廣播發射系統安全可靠運行提供優質環境。

3.2.2 防腐

無線電中波廣播發射涉及各種電氣設備，多數設備在長時間外界運行過程中出現腐蝕問題的風險較高，直接影響設備使用質量與運行年限[6]。因此，維護人員應全面檢查以天線桅桿為代表的發射天線外圍裝置，結合實際工作環境，制訂針對性防腐措施。若天線桅桿等外圍裝置已嚴重腐蝕，則維護人員應及時更換天線桅桿等外圍裝置，并進行相關設備區域銹蝕痕跡的清潔，確保無線電中波廣播發射設備安全可靠運行。

3.2.3 網絡調試

無線電中波廣播發射系統內非線性元件（電容、電感等）對溫度變化較為敏感，極易在溫度周邊環境下出現明顯數值變化。因此，維護人員應注重不同氣候和時間段的廣播發射系統網絡調試。根據發射機工作異常狀態高發時間，可設定每年春季4月底到5月、冬季11月底到12月。在特定時間段，維護人員可以天調網絡實部阻抗為主，以虛部阻抗為輔，反復調整并標記最佳部位點。同時維護人員可觀察發射機面板多功率電壓表天線、濾波零位與功率表反射功率，并根據接天線端口峰值電壓進行天線放電球間隙調整，一般為每1 mm 調整1 000 V，避免放電球間隙過大影響發射機天調網絡元器件正常運行，或放電球間隙過小造成放電瞬間短路。

3.2.4 零部件維護

在無線電中波廣播發射系統中，零部件和電氣元器件數量較多，相關元器件與零部件極易因電流熱效應而出現損傷，進而導致無線電中波廣播發射系統整體運行效率下降[7]。因此，應定期檢查系統零部件與電氣元器件，結合相關零部件與元器件的屬性、物理性能，采取適宜的維護措施，避免零部件與電氣元器件毀損引發整個無線電中波廣播發射系統癱瘓。

3.3 及時處理運行故障

3.3.1 緩沖放大器故障處理

緩沖放大器故障表現為發射機信號發射異常，發射裝置整體運行失穩，甚至影響廣播節目的正常播出[8]。如在凌晨開機時機器無法正常開啟且面板激勵紅燈亮起、射頻欠激紅燈亮起故障發生時，維護人員應從倒備機運行后開始，對電源板、監測顯示板及射頻激勵板上全部保險絲進行檢查，并確定各級電壓及射頻激勵前級工作狀態正常。隨后維護人員可監測電子開關腳激勵信號，在發現電子開關腳輸出端無輸出電平的情況下，可初步判定為三極管腳人為短路故障，可重新連接管腳，解除故障。

3.3.2 發射機功率故障處理

發射機功率故障表現為整體信號傳輸質量下降甚至中斷，接收音頻數據時有時無。發射機功率故障發生的主要原因是溫度升高，即發射機電子管陽極散熱器、各電極引出線、管殼、引出環等熱氣經出風口排放到機房，出風口溫度在80 ℃以上，致使送入發射機冷卻風溫度在35 ℃以上，大功率電子管外殼溫差超出40 ℃，對應電極引出環因過熱而接觸不均，電子管因過熱而振蕩變形。根據故障原因，維護人員可將高耗電的電子管功率發射機位置由發射機旁移動到機房外側通風位置，將進風管道設置為直線，降低發射機工作溫度，解除故障。

4 結束語

綜上所述，無線電中波廣播發射技術的合理應用，對廣播節目播出安全性具有直接的影響。相關人員應主動利用數字調制發射機等現代化中波廣播發射技術成果，實現中波廣播智能化、自動化運行。同時根據臺站機房環境惡劣、風險因素高的特點，維護人員應積極應用基于網絡化的遠程管控模式，對各個無線電中波廣播發射分布式節點進行遠距離集中式管控，在降低現場值班工作量的同時，規避無線電中波廣播發射設備運行故障，提高無線電中波廣播發射系統運行效率。