天線地網(wǎng)對中波廣播發(fā)射效果的影響

黃杰偉

（廣東省惠州中波轉(zhuǎn)播臺，廣東 惠州 516007）

0 引言

許多中波發(fā)射臺坐落于城市中心，實際運行中，由于其天線容易受到周圍高層建筑物的影響，地網(wǎng)容易受到城市建設(shè)的破壞，給中波發(fā)射臺造成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。天線地網(wǎng)作為中波發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分，在發(fā)射臺的正常運作中起著十分關(guān)鍵的作用。基于此，本文分析中波發(fā)射天線地網(wǎng)對發(fā)射效果的影響，提出中波發(fā)射天線地網(wǎng)優(yōu)化建議，以降低中波發(fā)射過程中的影響，提高中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 中波天線地網(wǎng)的設(shè)計及應(yīng)用

1.1 天線地網(wǎng)的作用

天線地網(wǎng)是中波發(fā)射天饋線系統(tǒng)的核心組成部分，主要職責(zé)是將發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的高頻電流信號轉(zhuǎn)化為電磁波進行傳播[1]。這一步驟有可能帶來能量的流失，其中電流在地面損耗上的表現(xiàn)尤為顯著。因此，要盡可能地減少電流在地面?zhèn)鬏敃r的能量損耗。盡管中波發(fā)射天線采用的拉線塔或自立塔都發(fā)射垂直極化波，沿地面?zhèn)鞑サ膿p耗比水平極化波小很多，但是實際應(yīng)用中，一些電磁波仍將通過天線向地面?zhèn)鬏敚@些偏離的電磁波將變?yōu)榈孛娌ā５孛娴闹绷麟娏鲗⒈话l(fā)射設(shè)備的垂直高度所限制，垂直極化波在地面的損耗取決于發(fā)射波的頻率以及地面的導(dǎo)電特性。此外，地面直流電流被發(fā)射設(shè)備的垂直高度所限制，垂直極化波在地面的損耗則取決于發(fā)射波的頻率以及地面的導(dǎo)電特性。在發(fā)射頻率恒定的情況下，垂直極化波的地表消耗將伴隨著地表導(dǎo)電性能的上升而減少。

1.2 天線地網(wǎng)設(shè)計

由于天線對地面的損耗，電磁波傳播效率會降低，從而導(dǎo)致其覆蓋范圍縮小。電場的核心與邊界的相位不同，有可能導(dǎo)致覆蓋的路徑發(fā)生偏移，有可能使得某個特定覆蓋范圍的電流強度超出正常范圍，或者其他范圍的電流強度低于正常范圍，從而進一步阻礙了天線覆蓋的深度[2]。如果天線的發(fā)射功率過大，電磁波在地面的消耗沒有被有效管理，那么天饋系統(tǒng)的效率降低，會進一步促使調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)性能下降，最終導(dǎo)致天饋系統(tǒng)產(chǎn)生不正常的狀態(tài)。若天線的饋線系統(tǒng)工作與預(yù)期不一致，將引發(fā)發(fā)射器諧波問題，進一步提升駐波比，從而使得發(fā)射器的功率降低，甚至可能出現(xiàn)過大的壓力最終導(dǎo)致設(shè)備停止運行。中波發(fā)射塔的高度一般在60 ～120 m，通常會受到雷電的影響。若地網(wǎng)的質(zhì)量未達標(biāo)，雷電的泄放路徑將被阻擋，使得雷電無法進入地表，可能引起發(fā)射器及其他設(shè)備損壞。因此，進行發(fā)射臺的構(gòu)造時，需根據(jù)地理坐標(biāo)和特定地貌，精心規(guī)劃和布局天線地網(wǎng)。不僅需要重視發(fā)射塔的構(gòu)造，也需要重視地網(wǎng)的構(gòu)筑。地網(wǎng)的核心部分是中波鐵塔的基礎(chǔ)，向四周均勻布置。地網(wǎng)通常采用直徑2 ～3 mm 的銅線來布置，埋設(shè)的深度通常在30 ～50 cm。確保地網(wǎng)與天線基礎(chǔ)的牢靠連接，不能只依靠基本的機械設(shè)備，應(yīng)采取寬銅帶焊接技術(shù)。如果由于干旱的沙地引起電導(dǎo)率降低，必須在發(fā)射塔的四周增設(shè)高頻地井。一般地井的深度為10 m，還需要利用填充木炭、粗鹽等手段以降低地網(wǎng)的電阻。

1.3 天線地網(wǎng)的實際敷設(shè)

以廣東省惠州中波臺地網(wǎng)敷設(shè)為例，詳細介紹天線地網(wǎng)的具體應(yīng)用。惠州中波臺發(fā)射場地總面積約50 000 m2，呈正方形，場地內(nèi)有2 個儲水池約3 000 m2，一共建設(shè)3 座中波自立塔，各自分布在場地的3 個角落。地網(wǎng)簡易平面圖如圖1 所示。

圖1 惠州中波轉(zhuǎn)播臺地網(wǎng)簡易平面圖

塔基處垂直埋設(shè)一根5 m 長的銅棒作為焊接地網(wǎng)線的始端。以此為圓心，每3°敷設(shè)一根Φ3 mm銅線呈放射狀向外延伸至本天線場地邊界及兩另一天線區(qū)交界處，埋設(shè)深度為40 ～50 cm。所有焊點均用銅焊。若地網(wǎng)線碰到圍墻無法達到標(biāo)準(zhǔn)長度，在末端加建簡易高頻地井。

地網(wǎng)由內(nèi)環(huán)、中環(huán)及外環(huán)3 部分組成。在鐵塔圍墻及調(diào)配室外側(cè)用100 mm×0.75 mm 的銅帶鋪設(shè)地網(wǎng)內(nèi)環(huán)，作為連接地網(wǎng)線與塔基回流通路；在地網(wǎng)半徑30 m 處用同樣的銅帶鋪設(shè)中環(huán)；在地網(wǎng)的末端鋪設(shè)一個外環(huán)，所有地網(wǎng)線的末端與外環(huán)焊接在一起，并與相鄰地網(wǎng)連接地網(wǎng)鋪設(shè)到蓄水池時，把相鄰12 根地線并接后焊接到3 mm×30 mm 銅帶上并埋池底深50 cm。

挖一個直徑1 m、深度2.5 m 的地井，埋入用直徑3 mm 的銅線制作的一個直徑1 m、高2 m 的籠形柱子。回填土由1.5 m3改良耕土加50 kg 降阻劑組成。

2 天線地網(wǎng)對發(fā)射效果的影響

中波發(fā)射天線地網(wǎng)的設(shè)計及鋪設(shè)質(zhì)量會對發(fā)射效果產(chǎn)生影響，影響發(fā)射效率、覆蓋范圍以及發(fā)射裝置和相關(guān)設(shè)備的安全性的各個方面[3]。

2.1 對發(fā)射功率的影響

鋪設(shè)天線地網(wǎng)時，若焊接不牢固或者后期遭到破壞導(dǎo)致接地電阻增大，天線輻射效率絕大部分會被損耗在地面上，造成輻射效率降低從而影響發(fā)射功率。要提升發(fā)射功率，必須從提高天線輻射效率入手。如地網(wǎng)設(shè)計不合理或鋪設(shè)施工不過關(guān)，會造成接地電阻變大，導(dǎo)致地面損耗變大，輻射效率降低從而影響發(fā)射功率。因此，一般接地電阻要控制在2 Ω 以內(nèi)，越小越好。

2.2 對信號覆蓋范圍的影響

信號的覆蓋范圍受到天線地網(wǎng)穩(wěn)定性的顯著影響。理論上，信號的覆蓋面積與其穩(wěn)定性呈正相關(guān)；信號的穩(wěn)定度越低，其覆蓋面積就越小。在實際應(yīng)用中，波導(dǎo)天線和地面網(wǎng)絡(luò)分別負責(zé)主要和次級的電磁場功能。在天線的主電場與地網(wǎng)的副電場的相位存在偏離，或是電磁路徑存在差異的情況下，其相位差會逐漸擴大，從而使得整體的電場強度降低，覆蓋范圍減小[4]。為了減少中波發(fā)射天線地網(wǎng)對播出信號覆蓋范圍的影響，在臺站選址建設(shè)時應(yīng)當(dāng)選擇導(dǎo)電性相對較好的地方。

2.3 對發(fā)射機及附屬設(shè)備安全的影響

天線地網(wǎng)是影響調(diào)配網(wǎng)絡(luò)匹配度的重要因素之一。若地網(wǎng)質(zhì)量不過關(guān)，會造成網(wǎng)絡(luò)阻抗不匹配，發(fā)射機反射功率過高，嚴(yán)重時無法播出甚至損壞發(fā)射機設(shè)備。目前，中波臺大多選用特性阻抗為50 Ω 的同軸電纜作為饋線。一般來說，技術(shù)人員通過設(shè)置天線配置網(wǎng)絡(luò)來確保天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗相匹配。這種方式能夠有效地降低饋線的反射波，同時能減小駐波比，從而增加發(fā)射器的輸出功率。然而，當(dāng)天線與饋線的阻抗失配，饋線上會產(chǎn)生反射波形成駐波比影響發(fā)射機，甚至?xí)Ω綄僭O(shè)備、元器件造成損壞，危及安全播出。地網(wǎng)作為天線的接地端，如接地不良，發(fā)射機設(shè)備遭受雷擊的風(fēng)險會變大。雷電可通過天饋線通道損壞發(fā)射機，危及發(fā)射設(shè)備安全。

3 天線地網(wǎng)的優(yōu)化及維護建議

3.1 優(yōu)化中波天線地網(wǎng)技術(shù)方案

要提高天線輻射效率、擴大中波廣播覆蓋范圍，減少地損耗是目前最有效、最常用的辦法。選擇發(fā)射臺臺址時，盡可能選擇導(dǎo)電性相對較好的位置，以有效降低地網(wǎng)的損耗[5]。設(shè)計天線地網(wǎng)方案時，應(yīng)首先考慮天線接地問題。為了改善接地問題，可建設(shè)高頻地井，在地井施工過程中可以回填降阻劑和改良耕土。這樣可以有效降低發(fā)射設(shè)備遭受雷擊的風(fēng)險，確保天線設(shè)備的安全運行。

3.2 做好天線地網(wǎng)的維護工作

為確保天線地網(wǎng)正常運行，維護工作至關(guān)重要。對此，需要制定詳細的周檢、季檢和年檢計劃，并按計劃嚴(yán)格執(zhí)行維護工作。由于天線地網(wǎng)連接較多，埋設(shè)在地下的深度約為30 cm，非常容易受到植物樹根纏繞或土層開挖而導(dǎo)致斷開。因此，需要加大地網(wǎng)巡檢力度，及時處理、修復(fù)地網(wǎng)損壞的地方，以確保地網(wǎng)的完整性和接頭的穩(wěn)固性。檢查地網(wǎng)完整性時，由于地網(wǎng)面積較大且相對復(fù)雜，通過使用專業(yè)的工具如電纜探位器，能夠?qū)Φ鼐W(wǎng)線的電力屬性進行評估，從而確保其能夠順暢工作。

4 結(jié)語

本文研究了中波發(fā)射天線的工作機制及其系統(tǒng)構(gòu)造，給出了一些關(guān)于減少天線地網(wǎng)對中波發(fā)射結(jié)果的負面影響的實際方法以及維護地網(wǎng)的關(guān)鍵步驟，以提高信號傳輸?shù)男剩峁└鼉?yōu)質(zhì)的節(jié)目。