浅议并馈式自立中波天线原理及应用技术

【摘要】并馈式自立天线具有取消了底部绝缘,有利于发射系统防雷;可承受大功率,可安装FM、TV天线能综合利用等特点。与拉线塔比较,并馈式自立中波天线具有造型美观、发射台的整体布局更简洁、美观,由于没有了拉线,对周围环境影响较小。

【关键词】中波天线 并馈式自立铁塔中波天线(SFA) 综合利用

一、引言

并馈式自立铁塔中波天线(SFA)在法国、美国、马其顿及中东一些国家应用较多, 与拉线塔比较优势也较多,若按常规要求如果发射场地不足,采用拉线式发射塔,斜拉线势必延伸到发射场地以外,给周围环境带来诸多不便。采用自立式发射天线可解决以上问题,并可达到正规发射场地的设计要求。

二、中波天线

1、目前我国的中波发射天线从其结构形式上,有采用最为广泛的底部绝缘拉线铁塔,此外还有小部分底部绝缘的自立式铁塔;从天线水平方向图分,有不定向天线和定向天线。中波发射天线的现存问题近年来,随着我国城镇化的不断发展,城市规模越来越大,拉线塔三方拉绳的占地面积太大,在这个土地较为紧缺时期远不能达到理想的发射效果,也不好布置。在低频率、大功率时,由于拉线塔较高,使得底部压力很大,底座绝缘子国内无法解决,若要进口,费用较高。鉴于拉线塔的这些不足,发射台采用底部绝缘的自立式铁塔作中波发射天线,但是同样受到其底座绝缘子耐电压及抗拉力的限制。另外随着中波发射机的更新改造,发射设备几本上更新为数字调幅发射机和全固态发射机。虽然与电子管发射机相比,它具有寿命长、指标好、能耗低、效率高、维护量少等优点,但全固态器件脆弱、耐压低、抗干扰性能差、易击穿、易受雷电影响是其致命弱点,而并馈式中波自立天线能克服以上弱点。

2、中波发射天线要求发射垂直极化波,因为垂直极化波沿地面传播的损耗比水平极化波小得多。天线的垂直方向图要求沿地面的低仰角部分的场强要高,高仰角部分的场强则越小越好。因此中波发射天线的主要型式是垂直振子。发射天线理想高度是0.53λ。天线电气长度,应根据发射机输出功率、当地地导系数、要求服务范围、经济条件等因素选择,发射天线理想高度是0.53λ,50KW以下的发射机也可在0.2λ～0.53λ之间选择。

三、并馈式自立铁塔中波天线(SFA)理论

并馈式自立铁塔中波天线(SFA),在铁塔的中部设有一个平台,信号主馈线经调配箱连接到由导线构成的圆盘,圆盘和平台通过多根导线连接。与其他中波天线一样,铁塔下面也需敷设地网。导线上的高频电流i经过平台后分为两路,即i1和i2。ABC构成长度为H的辐射体,ABD构成了长度为h的终端短路线。

此短路线的输入阻抗为:

Zin=jX=jWtgah;

当h=λ/4时,Zin=∞,i2=0,i=i1;当h≠λ/4时,相当于在信号源与天线之间并联了一个纯电抗,此时i2≠0。此电抗是无损耗的,但会降低一些天线的辐射效率。虽然天线直流接地,但天线对高频不是直接接地的。并馈式自立铁塔中波天线(SFA)的辐射场形可按垂直单极振子计算:

垂直面方向图计算公式F(Δ,0)=

水平面方向图计算公式,F(0,Φ)=k

式中 ;H是塔高;Δ是射线仰角;K是常数;Φ是水平方位角。

我们获得了较为理想的一组输入阻抗曲线。其输入阻抗曲线与一般底部绝缘的拉线塔的情况差异较大,我们可根据其共性,设计相应的匹配网络。

天线底部的电流和电压:

100%调幅度时,天线底部电流电压可按下式计算:

P为发射机标称功率;Rin、Xin为天线底部输入阻抗的实不和虚部。

四、并馈式天线特点及使用情况

并馈式自立铁塔中波天线(SFA)优点在于:1、取消了底座绝缘、绝缘拉绳,大大节省了占地面积。总体投资降低。2、铁塔是直流接地的,有利于发射系统的防雷。3、可以承受大功率,无需为大功率问题而进口大型底座绝缘子。4、天线可多频工作。5、铁塔可综合利用,可在其上安装FM、TV天线和微波天线而不影响机器的正常工作。6、与拉线塔相比,发射台整体规划更简洁、美观,由于没有拉线,对周边环境影响也较小。

并馈式自立中波天线高度应越高越好,以便为以后综和利用奠定基础。由于在铁塔的中部设有一个平台,信号主馈线经调配箱连接到由导线构成的圆盘,圆盘和平台通过多根导线连接,天线高度h=λ/4。根据具体情况可选择设置N个维护平台,便于为发射台信号传输计划安装微波天线、FM天线,为光纤信号作备用信号源。

发射场地南北最长为271.2米, 西方向长231.8米,两座自立塔之间的距离又不能太近,我们选择了在南北方向两座自立塔,南塔(并馈式自立塔)距南边界48米,北塔(102米自立塔)距北边界45米,两塔之间的相距178米,避免了互相干扰。由于两塔的南北地网远远达不到0.5λ,在铺设分别在南北地网铜线的终端连接直径50mm镀锌管以减小地阻。

并馈式自立铁塔中波天线的不足之处是双频共塔时,主频率的λ1/4能达到最佳的发射效果,附属频率的效果次之;再有就是铁塔前期施工时费用较高,施工难度较大。

并馈式自立铁塔中波天线(SFA),其理论是成熟的,其实际使用是成功的。中波与调频共塔广播实验的成功,充分证实了在SFA上进行综合利用的优点,具备了实用的条件。

结束语:

通过使用自立中波天线,特别是并馈式自立中波天线,即达到了主频率的最佳发射效果,又美化了发射台的环境,还可以在天线的平台架设微波天线作为发射台的接收信号,作为发射台的备用信号源。以后还可以架设FM天线、移动电视天线,创造经济效益。我们相信,在即将到来的各地中波电台迁建工程中,SFA会因其优势而得到更为广泛的应用。