中波发射天线辐射分析

…ｕＬＶｕ　ｌ仪刁　１Ｘ，ｌ、　Ｘ／＿、　］　口中波发射天线辐射分析　李　良辽宁省广播电视传输发射中心　都基平辽宁有线电视网络传输有限公司　中波发射天线的辐射场强与天线形式、发射频　率、地网优劣、匹配好坏、地导系数、传播路径、地形　地貌等诸多因素有关，判断发射效果的好坏最简单　的办法，利用一台普通收音机在发射台５公里外，　根据发射场强选点在几十公里或几百公里接收发　射频率，听一听声音效果。近些年，随着经济的发展　和城市规模的扩大，原本城郊的中波发射台已逐步　被城市建筑所包围，天线场地、地网遭受蚕食、侵　占、破坏的事情时有发生，许多中波发射台面临被　迫搬迁的问题。这些都严重影响了中波广播发射天　线的辐射效率，大大降低了中波广播的覆盖效果。　本文从中波发射天线的基本构成和传播原理入手，　分析影响中波发射天线辐射效率和场强的主要因　素，阐述维护和保护好中波发射天线、天调网络、地　网、场地等设施的重要性和必要性。强调在发射台　选址、天线选型等方面要坚持原则，尊重科学，要从　广播的覆盖效果、城市电磁环境等因素综合考虑，　要兼顾社会效益和经济效益。　１中波天线的形式和基本构成　中波沿地面传播时损耗较小，传播距离较远，　所以中波主要靠地波传播。沿地面传播时垂直极化　波的损耗低于水平极化波的损耗，因此中波广播发　射天线通常采用垂直极化天线。中波发射天线最初　采用Ｔ型、厂型和伞型天线，现在多采用均匀截面　拉线式或自立式铁塔天线。如图一所示。　中波广播天馈线系统一般包括：铁塔、天调室　（天线调配网络）、馈线和地网等。如图二所示。　中波天线以馈电方式可分为并馈式和串馈式，　如图三所示。串馈式主要用于底部绝缘的铁塔天　线，如桅杆拉线绝缘天线、绝缘自立塔等（图一所　示）。并馈式主要用于塔体直接接地天线。并联馈电　的优点是底部不用绝缘子，可以简化防雷设施，减　图一中ｉ夔纂赢　ｌ　≈　／　ｌ】＼　＼　ｉ　厂　；　圈二中波天馈线系统组　少拉线，从而减少了方向性畸变，但它的主要缺点　是天线底部电流大。　目前国内出现了许多中波小天线，有锥面顶负　荷式、谐振腔式、曲线式、双锥式等。这些小型天线　大多是利用了天线的不同加项原理，在减少了天线　占地面积的同时也降低了天线的辐射效率。所以在　选用小天线时要根据台站具体情况，综合各方面因　素，权衡利弊、慎重考虑。　Ｌ　发射营Ｌ　＜　）　联竣ｌ乜　《ｂ）炜联｛镶电　圈三并馈式和串谤式　蹲７　但对于中波天线而言，并不单纯追求地波辐射　最强，还要考虑高仰角辐射时天波引起的衰落　区远近的问题。对推远衰落区最有利的天线高　度是０．５３入。通常为了提高天线的有效高度，　采用的办法是在天线末端加项。加顶的作用是　提高电流分布的腹点，从而增大辐射。同时，还　可以加大天线对地的电容，使电流分布均匀，　提高辐射电阻，提高天线辐射效率。　３ｌ２减小地面损耗，提高天线辐射效率　由于地面损耗主要集中在天线底部。为了　提高天线的辐射效率，最有效的办法就是铺设　地网。中波天线的地网是以铁塔底部中心为圆　心，用　２—３ｍｍ的铜导线或铜包钢材料，以　放射状均匀向外敷设。数量根据土壤地导系数　及地形情况，一般为６０或１　２０根，长度根据铁　塔高度、地面状况、土壤性质和面积，一般为　０．３入或０．５入。地网埋设深度对减少地损而言　越浅越好，但由于占地较大，为了保护导线，适　于地面耕作，地网埋没的深度一般在０．２到０．５　米之间。如图六所示。在小于０．５　的区域为天　线电磁感应或谐振场区，损耗与地网关系甚　大，而大于０．５入的区域为辐射场，其损耗是传　输损耗，属于电波传播的损失，与天线的效率　无关。地网敷设质量的好坏，直接关系到天线　的辐射功率和播出质量。地网一旦埋人地下，　就成了永久性的隐蔽工程。地网如果出问题，　不仅维护艰难，而且很难判定故障点。所以整　个敷设地网工程，必须认真做好每一环节，确保工程质量。　３．３提高天馈线匹配程度以提高天线辐射效率　天线的输入阻抗是一个复数，Ｚｉｎ＝Ｒｉｎ＋Ｘｉｎ。天线底　部输入阻抗的大小主要取决于天线的高度，同时也影响　天线效率。天线的特性阻抗与天线的形状、尺寸、工作频　率、周围环境等因素有关。当天线的特性阻抗与馈线的特　性阻抗相等时，称为阻抗匹配。这时天线系统的辐射电阻　和损耗电阻正好吸收了传输系统馈送的全部功率。天馈　线不匹配，造成电波从天线系统反射回传输系统，反射的　电波信号由于来回反射被损耗掉，造成传输效率下降。所　以，提高天馈线匹配程度也是提高天线辐射效率的主要　途径。　４影响中波场强的因素　中波辐射场强的大小和地表结构以及发射机的工作　频率有着直接的关系。开阔的视野和潮湿的地面具有良　好的地导系数，有利于中波广播的传播。　４．１地导系数对场强的影响　地导系数即大地的电导率。地导系数的大小和地表结　构以及湿度、温度等有关。描述大地电磁１生质的主要参数是　介电常数、电导率盯和磁导率ｕ。地表结构不同的地区有　不同的大地电导率，即使在同一个地区电导率也随降雨量　的多少和地下水位的变化而变化。地波的辐射损耗和地表　的电导率有很大的关系，地面土壤导电不良引起的损耗是　相当严重的。电导率越大，地电阻越小，地面的导电性能愈　好，电波传播损耗也越小。如表一所示，电波在海洋上传播　损耗最小，在湿土和江河湖泊上的损耗次之，在干土和岩石　上的损耗最大。从表一中可以看出海水的电导率最大，而干　土较小，在相同的距离，随着地导系数的变小场强随之变　小。因此电波在水面上的传播要比在陆地上传播得远：电波　在潮湿土壤上传播要比干燥、沙质土壤传播得远；电波在平　原上传播要比丘陵或山区传播的要远。　４．２工作频率对场强的影响　地波的衰减与波长的关系甚大。对于不同的波长，土　壤有不同的电气性质。同样的土壤，对于某些频段可以看　成是良导体，而对另外一些频段却可以看作绝缘体。当电　波在土壤中传播时，土壤中同时存在传导电流和位移电　流。传导电流的大小和土壤的电导率成正比，传导电流ｌ　ｒ　与位移电流ｌｄ的比值为Ｉ　ｒ／Ｉｄ＝６０　口／？ｒ，故Ｉ　ｒ／Ｉｄ　ＯＣ　１／ｆ，而　位移电流和频率成正比，即频率越高，位移电流越大。当　物体中传导电流比位移电流大得多时，此物体的电气性　礴９　地质　ｊ．Ｉ水　：ｉ霆地　泼水　千±　电霉率ｅ西／米）　蓖田　０。《　一６。６　３ｘ　１０　３—，３ｘ　１０　２　１０　３—２．４ｘ　１０　１．Ｉｘ　１０　嚣一２ｘ　１０　Ｉｋｗ发射钒的场强值　平均　４　１０　２　ｌＯ　３　ＩＯ　ｌ　螨强（ｄ８）　８９　８７　７３　６２　ｌＯＯｋｍ＝ｌ；；谥（园）　６６　Ｓ８　４２　３７　裹一　Ｉｋｗ教对虢在不阎距离　不鳓鲍质情况的场强德和不网土壤的电毋率　颡率　海水　ｉ墨±　千±　１ｏＤｏ　珏乜　３ａ　触　Ｏ　９　９×１ｏ．３　４　５ｘｌｏ．３　３Ｏ　珏王ｚ　３Ｏ　０　３　０　ｌ５　３　珏ｉｚ　３ｏｏ　３　ｌ　５　３　豫　￡ｚ　３ｃ》ｃ｝ｏ　３０　１５　３ＯＫＨＺ　３ｏ（）ｏＯ　３ｏｏ　ｌ　５ｏ　３　３￣Ｉｏｓ　３ｏｏｏ　ｌ５０ｏ　３　３ｘｌＯ＂２　１　５ｘ　１０　２　考磊　３ｘｌＯ＂　１０＇６　ｌＯ＇Ｓ　１　ｌ　１Ｏ　Ｏ　１　袭二各种±壤‘，　比德与疑率的芙累　质是导体，大于５Ｏ倍以上可以看作良导体。二者相　差不大的叫半导体。反之，当位移电流比传导电流　大得多的叫电介质，无限大时叫绝缘体。表二给出　５结束语　了各种土壤在电波作用下，比值Ｉ　ｒ／Ｉｄ随频率而变化　的关系。由表二可以看出，对海水来说，在中波波段　它是良导体，而对几百兆赫的分米波它是半导体。　在中波波段湿土和干土的电气性质将由导体过渡　霎　交　孽　到半导体。所以，对于相同功率等级的中波发射机　而言，工作频率越低，辐射场强的抗衰减能力越强，　且沿地面绕射传播的能力也越强，覆盖半径就越　大。反之，工作频率越高，中波的覆盖半径就越小。　４．３山峰对场强的影响　地波沿地面传播，绕射能力取决于波长，波长　越短，沿地面绕射传播的能力越差。在山区，电波传　翻七中波蛹强太小麓趟蠢鬻他的曲蛾　综合上述分析可以得出，要提高中波广播的播　出质量，不仅要维护好信号源系统和发射机系统，还　要维护和保护好天线系统、匹配网络、馈线、地网等　设施。要提高中波广播的覆盖效果，就要充分考虑天　播受到地形的影响，许多山峰的高度都接近甚至大　于中波的波长，因而对于沿地面传播的中波会产生　明显的阻挡作用。山峰的阻挡作用使中波沿地面传　播的衰减率增大，场强减小，传播距离也减小。波长　越短，山峰对地波传播的阻挡作用越明显。同样的　发射台，建在海边、平原、山区，收听距离会明显减　小，收听效果也会大打折扣。图七是用飞机测量的　中波场强大小随距离变化的曲线。可见，山峰使中　波场强明显减弱。　线形式、发射频率等因素，要合理安排天线，对频率　较低的设备可选用较高的天线或加顶比较长的天　线，对于相同高度的天线，可以把地网较好的天线用　于工作频率较低的设备。天线选型要尽量选用有足　够高度的辐射效率高的天线，发射台搬迁选址，要结　合当地的地质情况，选择开阔的地形和导电性能好　的潮湿地区，这样在减小地网投资的同时，还可以提　高中波广播的覆盖效果。　器