中波廣播發射天線的原理與維護策略

黃河 陳發才

【摘要】中波廣播技術具有性能好、使用方便等優勢，在我國廣播事業的發展中發揮著重要作用。但是，中波廣播發射天線在長時間運行中經常會出現老化損壞等故障，從而導致廣播信號的傳輸穩定性受到影響。為保障中波廣播信號傳輸質量，就要明確中波廣播發射天線安全維護要點，采取有效的設備維護與故障檢修措施。本文闡述了中波廣播發射天線的原理，介紹了常見的中波廣播發射天線，并對中波廣播發射天線的維護要點展開了探討。

【關鍵詞】中波廣播；發射天線；原理；維護

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.10.009

中波廣播發射天線是中波廣播信號傳輸輻射的設備，主要用于中波廣播信號的發射，其主要的傳播方式是以地面波為主，以電離層反射波傳輸為輔。確保中波廣播發射天線安全高效運行的檢修維護也相當重要，應進行定期檢查，針對各個部件的維護需求采取針對性維護措施，如有老化或損壞嚴重的部件，要及時進行更換維護。本文結合中波廣播發射天線原理和常見的幾種中波廣播發射天線的形式、結構，探討了中波廣播發射天線安全維護要點、故障檢修措施和策略，以引起對中波廣播發射天線維護重要性的認識，保證廣播的高質量安全傳輸。

1. 中波廣播發射天線的原理

無線電信號的發送與接收過程本質上是電磁波的傳遞和轉化過程，通過發射設備將信號轉換為電磁波并在空間上釋放，由接收端天線接收信號，通過接收設備的綜合處理，轉換為目標信息，從而實現傳輸過程[1]，無線電技術在廣播電視工程領域得到了廣泛的應用。中波廣播發射主要依靠天線發送無線電波，通過轉換器處理后，將這些電波轉換為視聽內容。因此，天線在中波廣播中發揮著關鍵作用。

在參數方面，中波廣播的頻率一般在526.5～1606.5 kHz之間，波長介于186.7～569.8 m之間。處于這一頻段的電波主要是通過天波和地波進行電波傳播。地波是由天線產生的沿著地球表面向其周邊擴散的電磁波[2]。中波廣播發射系統中主要以地波傳輸為主，具有很強的抗干擾能力。隨著傳播距離的延長，地波的場強也會逐步降低，但在幾十到百余千米范圍內均能夠保持穩定的信號輻射區。中波天線可將高仰角輻射電波傳輸到電離層的E層，產生能夠傳播數百甚至數千公里的天波。天波指大氣層中電離層反射傳播的電波，也叫作電離層反射波，其傳播距離較遠，一般在1000公里以上[3]。雖然天波傳播距離更遠，但其穩定性不如地波，同時傳播衰減所涉及的變量也更大。為了確保收聽質量，在選擇中波廣播發射天線時，要優先考慮高仰角輻射小、對地波場強度具有增幅效果的天線。為了確保信號能夠正常地傳輸，就必須根據實際情況合理確定天線的最佳高度。

2. 常見的中波廣播發射天線形式

2.1 桅桿式中波天線

桅桿式中波天線最為常見，可單塔使用，也可由多個塔組成天線陣使用。由鋼管焊接成三角形截面鋼結構塔節，其主要參數為高度和三角形截面的邊寬，一般由設計方根據發射頻率和功率等因素進行設計。塔節之間使用法蘭盤和螺栓連接，底部放置在絕緣子基座上，塔體桅桿由鍍鋅鋼絲拉繩鏈接在地錨上以確保天線的垂直度和安全性，一般為相隔120度的三個方向上有拉繩，拉繩的層數視桅桿的高度而定，為確保天線的絕緣性，拉繩用多個蛋形絕緣子隔開分段連接。同時底部還需安裝石墨材料或銅制成的放電球，減少雷電對設備的破壞和對中波廣播的影響。

2.1.1 無頂負荷桅桿式單塔天線

單塔天線是當前廣播電視工程領域最為常見的一種，為了進一步滿足公眾對廣播和電視產業發展的期望，對單塔天線技術的深入研究和實際應用至關重要[5]。單塔天線受到的外界干擾程度主要取決于天線的絕緣性能，如果單塔天線的絕緣性較差，那么外部的電磁波可能會對中波的發射產生干擾，導致外界電磁波與天線產生的電磁波發生碰撞，進而影響信號的穩定發射和質量，所以確保絕緣性能至關重要。單塔天線的高度必須達到信號發射的標準，根據服務范圍、投資規模和場地大小進行適當的選擇。一般不宜選在0.4倍播出頻率波長附近的阻抗諧振區內，此時輸入阻抗的變動劇烈，將引起調配的困難。如10 kW以下的中波臺采用這種形式天線的很多，一般選用邊寬500 mm的輕型塔。

2.1.2 斜拉線頂負荷桅桿式單塔天線

在中波段的低頻端，如頻率在1000 kHz以下時，鐵塔高度不夠則采用斜拉線頂負荷的辦法，使鐵塔高度和斜拉線等效高度之和，即天線的有效高度不小于λ/4，是經濟可行的辦法。

當鐵塔高度小于λ/4時，輸入阻抗的電阻部分變小，天線的輻射效率將因地電阻的影響而有所降低。此時可加裝斜拉線作為頂負荷以增加鐵塔天線的有效高度。頂負荷斜拉線用銅線或鋼絞線，長度由頻率、功率和主塔體高度計算決定，它的頂端直接與鐵塔連接，終端連接帶金屬帽的棒形絕緣后，再用蛋形絕緣子分段的鋼絞線固定到地錨上，共3根，彼此相隔120°，裝在鐵塔的三方拉繩上。

頂負荷單塔天線在實際應用中展示出了更強的頻率適應性，對電磁波的控制效果更好，相較于傳統的單塔天線，頂負荷單塔天線擁有更大的覆蓋范圍，更強的方向性優勢，更低的塔高和頻率，這有助于控制中波廣播發射總成本[4]。但在實際應用中，這種天線也面臨一定的限制性因素，由于其頻率偏低，在信號發射的過程中，電流通常也會低于其他天線，會降低信號強度，這可能會導致中波發射過程中信號的傳輸距離縮短。在選擇這種發射天線的情況下，必須對其弱項進行針對性的改進，例如可以選擇小尺寸的圓極化結構，或是增加天線數量，提高發射系統整體效率，提高天線在信號發射過程中的電流，使信號傳輸強度得到提升。

2.2 自立式中波天線

常見的自立式中波天線為正方形或正三角形截面鋼構鐵塔，很好地利用材料的性能構建出拋物線型外形，塔身構件采用高科技防腐處理，能更好地適應大溫差、高濕度、沿海地區的強腐蝕等的環境，基本能達到免維護或減少維護支出，且占地面積和相同高度的桅桿式中波天線相比少很多，具有較好經濟性。根據饋電方式分為串饋式和并饋式。主要區別是塔腳是否與大地絕緣從而區分塔體的作用。

2.2.1 串饋自立式中波天線

串饋自立式中波天線塔是常見的典型自立式中波發射塔。其每個塔腳底部都帶有絕緣子的特制底座與塔架和地基基礎相連，整個塔體與大地是絕緣的，而且絕緣底座是串饋式自立中波天線的關鍵部件，不僅要有足夠的承重強度，還要具備相當的絕緣度。

2.2.2 并饋自立式中波天線（SFA）

并饋自立式中波天線（SFA）是一種新型中波發射天線，它所采用的是自立鐵塔。主要由自立塔、饋電平臺、導線（饋電用）、帶防護欄的登高梯、帶絕緣支撐的饋電點、地網線組成。采用普通的自立鐵塔作為支持結構，塔架外形及塔架截面都可以根據受力、美觀等不同情況分別設計。并饋式自立中波天線取消了絕緣底座、絕緣拉繩，節省了占地面積，但在鐵塔下面仍需要鋪設地網。鐵塔直流接地，使發射系統的放電更加快速、有效，有效提高發射系統的防雷效果，可以承受大功率發射，也可多頻工作，同時也可在其上安裝FM、TV等各種天線而不影響其正常工作，提高塔體的利用效率。

并饋自立式中波天線可以將多個頻段進行整合，在信號傳輸過程中能夠發揮出優秀的增益作用。并饋自立式中波天線由天線塔與輔助設備構成，輔助設備大多為導線組。當并饋自立式中波天線傳輸中波信號時，導線會產生電流傳遞，提高天線的電流容量，為保持信號場強提供必要的支持。并饋自立式中波天線基于振子發射中波信號，由振子產生的電磁波會以與地面垂直的方式進行振蕩擴展，以此達到信號的發送和覆蓋的目的。

2.3 中波廣播發射天線的地網、饋線和匹配網絡

影響中波廣播發射天線在實際應用中傳輸效率和穩定性的部件還有地網、饋線和匹配網絡。地網一般以塔身底部作為中心，以每3o一根將120根銅導線均勻敷設在地面，作為傳輸介質確保信號正常傳遞。此外，地網導線的埋設深度越淺，地面信號的損耗也會越少，埋設深度一般在30cm，最大化中波天線的實際增益。同時，想要使中波天線發揮出良好的輻射性能，必須確保在頻率范圍內，天線輸入阻抗與發射機的阻抗相互匹配，需要在天線與發射機之間設置能調整阻抗的匹配網絡。一般情況下，由于中波天線位置通常距機房有一段距離，為了確保廣播信號按要求傳輸至發射天線，還需架設導線作為信號的傳輸介質，也就是饋線，饋線的長度要滿足使用規范要求，一般使用寬帶金屬波導。

3. 中波廣播發射天線安全維護要點

3.1 中波廣播發射天線常規檢查維護

在廣播電視工程中，對中波發射天線進行定期的保養維護至關重要，采取精準高效的維護策略，能夠保證天線的穩定運行，降低中波發射天線出現故障的可能性。在常規的檢查維護中，需要檢查天線的外觀和基礎參數，確保天線保持安全穩定的運行狀態。在維修時，要嚴格按照相關要求執行各項操作，避免造成二次損害等不必要的損失，這樣才能夠精準判斷故障發生的位置和原因。定期開展常規性檢查維護，能夠及時識別潛在的故障風險。

例如在中波發射天線的養護中，如果絕緣基座、拉線絕緣子出現損壞或者老化的情況，就要立即更換新的絕緣基座、拉線絕緣子，避免發生嚴重破損對天線等固定資產及中波信號傳輸造成干擾。在制定常規性檢查和維護制度時，有必要明確規定常規檢查的頻率，一般要保持每周進行一次常規檢查并做好詳細的過程和內容記錄，包括設備故障、系統缺陷等在檢查中發現的故障，檢查結果及時反饋，以便于進行集中處理，確保能夠及時發現存在的故障隱患。與此同時，負責檢查的相關人員必須進行簽名確認，如發生異常也可以依據檢查記錄確定責任人，也方便及時了解天線當前的運行狀態，為后續的天線維護提供有效的依據。中波天線的檢查維護是一項系統性極強的工作，必須遵循特定的操作流程。例如要根據不同的天線類型采取相應的檢查流程，執行標準化的檢查流程，確保在檢查過程中不會發生任何遺漏。在基礎檢查工作中，也要密切關注各種環境因素的變化，比如季節性溫度波動對中波天線發射效果的影響等。并饋式自立塔天線松緊度對于信號有很大影響，它直接決定著信噪比。在熱脹冷縮現象的作用下，夏季溫度較高的情況下，天線可能會變得松弛，因此在常規性檢查中要注意這一點，及時擰緊天線。

3.2 使用儀器設備測量中波廣播發射天線的性能

在對中波廣播發射天線性能進行評估時，有必要使用具備高度精確性的儀器設備。中波發射天線具有多種類型，并且檢查設備也有著不同用途，所以在中波廣播發射天線的性能檢測中，選擇的檢查設備與天線之間要具有適配性，這樣可以確保測量數據的準確性。如果不能夠保持良好的配合狀態，則很容易造成測量誤差，影響到整個系統運行的穩定性與精確性。基于中波廣播信號發射的實際工作經驗，當前在評估中波廣播發射天線性能過程中已經有多種方法，如電流測量法、電壓測量法、電阻測量法、使用經緯儀測量垂直度等方法。盡管不同的測量技術在應用的廣度和精確度上存在差異，但它們的核心理念是確保中波廣播發射天線的高效穩定和安全。

3.3 中波廣播發射天線電氣系統維護

在廣播系統的構造中，中波廣播發射天線的電氣系統發揮著核心的基礎架構功能，因此，必須重視中波廣播發射天線電氣系統的檢修和維護，確保中波廣播發射天線能夠正常運行。對于中波廣播發射天線電氣系統的維護，重點在于以下幾方面。首先，電氣系統需要定期清潔，使其能夠在整潔的工作環境中運行，并在節目停播期間，對設備進行必要的測試和檢查。檢查匹配網絡及饋線的各個組件是否處于正常運行狀態，天線的垂直度、電容量、電感量等參數都是關鍵的檢查項目，記錄電路的行波系數以及鐵塔的腐蝕狀況，在出現明顯的異常情況時立即進行處理。其次，有必要定期檢查中波廣播天線電氣設備所在的室內環境，對可能干擾發射信號的，如溫度、濕度、接地電阻等各種因素進行詳細排查和處理。對于已經出現故障或明顯損壞的器件進行更換或維修。在執行維修工作時要制定完善的安全防護措施，必須放置警示標識牌，以免造成安全事故。

3.4 中波廣播發射天線地網檢查

地網是中波天線的重要組成，在日常使用中需要加大對地網的管理與維修力度。中波廣播發射天線在運行期間，電流是不可或缺的，地網是電流的主要來源。因此，為了保證中波廣播發射天線能夠正常運行，必須確保地網的完整性和安全性。例如，在天線匹配阻抗頻繁發生變化時，可能是天線地網及接地系統受到腐蝕或損壞導致的，應及時對接地電阻測量及地網布線排查，如發現脫焊或破壞斷開，要及時進行補焊及連接。如因使用時間較長而導致腐蝕老化和斷開，則應視情況重新敷設地網，確保地網工作正常。除此之外，天線場地及其周邊的布局也必須采取適當的保護措施，可設置鐵絲網和安全圍墻等，防止因異物進入造成破壞和引發短路故障。

4. 結束語

中波廣播發射天線作為發射臺的核心設備，其運行質量直接影響廣播信號的傳輸質量和安全播出保障。因此，我們需要嚴格遵循國家和行業標準，對中波廣播發射天線進行檢修，做好日常維護，定期進行常規和重點檢查，預防故障的發生，確保中波廣播發射天線安全高效運行，更加優質高效地完成播出任務。

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