中波广播天线的结构分析与维护

【摘要】本文详细阐述了中波广播天线的物理结构，并结合实际情况对中波广播电台天线的选址和天线系统的维护做了简要分析。

【关键词】结构分析；天线的选址；天线维护

作为传统媒体，中波广播由于投资小，技术成熟，便于接收等优点在技术发展日新月异的今天，仍然是我国不可缺少的广播传播媒介。天线是广播发射设备系统的重要组成部分，它的工作性能好坏，直接决定了播出质量的效果及传输距离范围，所以对于它的工作结构研究仍具有重要意义。中波天线的常见形式为拉线铁塔式天线，即单极阵子垂直极化天线，地面安装地网，天线底部安装绝缘子，天线铁塔有的会加顶负荷。现在也有电台采用并馈式中波天线，它具有占地面积小，灵活地优点。本文主要对拉线塔式天线进行详细的阐述分析。

一、结构分析

单极振子垂直极化的拉线塔式天线的主要组成部分包括铁塔本身、绝缘子、拉线、地网和天线匹配网络。天线及地网的物理结构示意图如图1所示：

1.铁塔高度

531KHz至1602KHz是我国采用的频率范围，按照公式：λ=C/f进行计算，波长范围在187m至564m之间。最佳的天线辐射高度是0.64λ，从最有利的推远衰落区来看是0.53λ，我们一般把铁塔的高度选择在0.25λ，即铁塔的高度范围是46.8m至141.2m。这么高的天线，需要拉线来固定，在拉线上和天线基座上均装有绝缘子。作为铁塔镜像的地网，给辐射电流提供了接地回路。

2.地网应用

中波天线需要架设在地面上，但大地不是良好的绝缘体，也不是理想的导体表面，当铁塔向周围空间辐射电磁波时，铁塔底部的大地会产生地电流。地电流由位移电流和传导电流两部分组成。当地大地的介电常数决定了位移电流（土壤电流），当地大地的导电系数决定了传导电流。地电流产生地面辐射，构成了附加电场，铁塔辐射产生主电场，这样在天线的覆盖区域的电场就变成了附加电场和主电场产生的叠加电场。叠加电场时刻变化，导致覆盖区域的方向改变及天线上的分布电流改变，进而导致天线输入电阻和辐射阻抗都发生变化，由此将导致发射天线的效率降低，增益下降。要想提高天线的有效增益和发射效率，就要减少地电流产生的损耗，提高地电流效率的主要解决办法就是在天线底部加装呈放射状的地网结构。加装地网结构后，地电流的传导电流将大大增加，位移电流（土壤电流）减小，相应降低了地阻，提高了天线辐射效率。

在实际应用中，中波天线地网的设置是以铁塔底部的中心为原心，根据土壤情况和铁塔高度，将半径长度设置在0.3λ至0.5λ之间，以放射状向外铺设，直径为φ2或φ3的铜包钢线或铜线组成，数量是90根或120根。从理论上说，埋藏于地下的地网导线深度越浅越好，一般根据实际需要深度在30cm至50cm之间。

3.铁塔的拉线

铁塔横截面的形式决定了拉线的平面结构。铁塔的横截面如果是三角形的就采用三方拉线形式，铁塔的横截面如果是矩形的就采用四方拉线形式。拉线的倾斜角度不能超过60o，太陡将导致拉线张力过大，杆身轴向力增加，导致铁塔摆动幅度过大；但倾斜角度也不能太缓，太缓将会使占地面面积大大增加。同一平面的各层拉线可以平行，但如使用一个地锚，同层的的拉线也可以不平行。

4.绝缘子

铁塔坐在绝缘子上，为了使绝缘子工作稳定，防止溅水可以在绝缘子底座上增加防水罩。拉线不可以直接接地，因此每根拉线都是由绝缘子相连的多根钢绳的组合。

5.天线匹配网络及输入阻抗

天线的匹配就是利用网络分析仪器测量天线系统的输入阻抗Rin+jXin，调整匹配网络（通常采用Γ形网络）的电感和电容器件使输入阻抗和馈线特性阻抗W（50Ω等），相匹配。抑制射频反馈回发射机设备常利用串联谐振和并联谐振组合的方法。串联谐振接地，频率f1为干扰频率；并联谐振对地，谐振于载波频率f0 ，利于载波有效传输，这样可以有效地抑制干扰频率。当采用双频共塔或多频共塔网络时，利用串联回路中的并联谐振法，并联谐振（阻塞网络）于干扰频率f1，阻挡干扰频率进入发射机；串联谐振于载波发射频率f0，利于载波的有效传输。

天线匹配网络在设计时要考虑防雷。中波天线多在空旷地带，周围无较高建筑，因此容易遭到雷击。雷击产生的放电电流既有直流成分又有交流成分，因此再设计防雷时一般采用串接隔直流电容和接地电感两种方法。同时也提高了天线的输入阻抗，方便匹配网络的设计。

二、天线的选址

天线的选址很重要，它决定了天线的传输方向和电磁辐射效率。选择中波天线是一个技术综合性很复杂的工作。天线选址首先要满足GYJ34-88《中、短波广播发射台设计规范》的标准要求。

场地地形满足500m地势平坦，总坡度不能超过5%，在距离天线1000m处总坡度不能超过3%。选择地导系数大，地阻小的地方，最好土壤湿润，这样有利于电波传播。同时选址时还要考虑到居民、机场和军队设施避免对其造成干扰，当地的供水供电和交通也是选择的重要条件。

三、天线的维护

天线系统的维护分为定期和一般性维护两部分：

1.定期维护天线时要重点检查天塔、拉线和绝缘子的使用情况。检查塔杆、拉线拉杆是否有断线，引线松弛现象，注意场地开关和交换闸的磨损程度。

2.一般性维护是指当天气发生骤然变化后，对天线系统进行的检查维护，检查塔杆、拉线拉杆、绝缘子防水等。

中波天线常见的故障有包括打火，绝缘子哑铃断裂，铁塔倾斜等。发生在天线铁塔上的打火一般是由下引线或阵子太松，在大风中摇摆造成断线虚结所导致，一般故障点都发生在馈电点。下拉引线打火一般是局部高电位导致，可在打火部位绑一段同等直径的铜线以降低电位。拉线的绝缘子哑铃断裂的，应及时调整拉线，降低线上张力。

四、结束语

天线系统的稳定工作是发射台维持良好传输质量的重要保证，随着广播数字化，智能化的发展，对天线的要求也会越来越严格，这就要求我们电台维护人员熟练的掌握天线系统的知识，以便在今后的维护工作中得心应手，游刃有余。