鄒文婷

摘要：通過(guò)調(diào)頻天線抗干擾性能設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)射天線進(jìn)行方向性設(shè)計(jì)、多層多面的增益和波束下傾，可以增加大功率調(diào)頻發(fā)射的覆蓋效果。

關(guān)鍵詞：頻發(fā)射天線 優(yōu)化設(shè)計(jì) 方向性 多層多面 波束下傾

根據(jù)省臺(tái)指導(dǎo)和具體要求，中波臺(tái)站需新增調(diào)頻發(fā)射，因此，吉安八四一臺(tái)新建設(shè)了調(diào)頻發(fā)射的自立鐵搭，增加50KW大功率調(diào)頻發(fā)射天線。在該項(xiàng)目之前，我們成立了項(xiàng)目工藝小組，主要研究探討了調(diào)頻發(fā)射天線增加主城區(qū)覆蓋效果的問(wèn)題——調(diào)頻發(fā)射天線優(yōu)化設(shè)計(jì)。

發(fā)射天線方向性設(shè)計(jì)

理論上，單偶極子天線方向性函數(shù)

式

為水平方向性函數(shù)；Fv（Δ）=1為垂直方向性函數(shù)；l為振子總和長(zhǎng)度；λ為波長(zhǎng)；θ為方位角；Δ為俯仰角。

不同臂長(zhǎng)l的偶極子天線水平方向性圖如圖1所示。

廣播電視工程上振子臂長(zhǎng)l的選擇，要以獲得較高的增益同時(shí)又滿足水平全向性為原則，一般宜選l=（0.6～0.7）λ。實(shí)際使用的振子長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)為諧振長(zhǎng)度，一般振子實(shí)際長(zhǎng)度l0=0.95l。

偶極子天線垂直方向性函數(shù)Fv（Δ）=1，這就是說(shuō)偶極子天線垂直方向性圖是關(guān)于振子軸線的旋轉(zhuǎn)體。

多層多面與天線的增益

為了提高發(fā)射天線增益，實(shí)際都使用四面六層、四面八層的偶極板天線。每層由四塊偶極板正裝而成的天線陣俯視圖如圖2所示。

該天線陣在遠(yuǎn)區(qū)任一點(diǎn)P的水平場(chǎng)強(qiáng)EP（θ），根據(jù)矢量疊加原理：

式中Ai為第i副天線輻射場(chǎng)的相對(duì)振幅值；H（θ-εi）為單偶極板天線的水平方向性函數(shù)；εi為第i副天線主輻射方向與x軸正方向夾角；φH i為第i副天線以坐標(biāo)軸原點(diǎn)為參考，由于波程差引起的空間相位角φH i=kRcos（θ-εi），R為原點(diǎn)到偶極子的距離；φK i為第i副天線輸入端電流相位角，可以同層中任一副天線入口電流為參考，超前為正，滯后為負(fù)。

在計(jì)算圖2所示的四面正裝偶極板天線陣水平方向性函數(shù)時(shí)，考慮到反射板的作用以及幾何對(duì)稱性，實(shí)際上只需要計(jì)算偶極板A1，A2在第一象限的方向圖即可，其余象限的方向圖由此可以推出。

電流等幅同相饋電正裝情況下，忽略f1（θ）的相位函數(shù)，式（4）可以簡(jiǎn)化成如下公式：

相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)Ep（θ）的模（這里也是水平方向性函數(shù)之模）：

為了增強(qiáng)垂直方向圖的方向性系數(shù)，提高增益，擴(kuò)大覆蓋面，如前所述，實(shí)際使用的四面八層偶極板天線，大大提高了天線增益。

波束下傾以提高主場(chǎng)強(qiáng)覆蓋區(qū)

為了擴(kuò)大廣播電視覆蓋面，通常借提高發(fā)射機(jī)功率、架設(shè)較高的發(fā)射天線的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是正如前所述，等幅同相饋電的多層偶極板天線是一個(gè)球形面，因此如果不作主波束下傾，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)主波束就不能與地面相切，輻射的能量相當(dāng)一部分就會(huì)落在空中造成損失，這就是主波束下傾成傘狀的原因。主波束下傾的角度算式：

式中θH為下傾角；HT為天線中心離地面高度。一般大功率臺(tái)取θH≤3°，高山臺(tái)則應(yīng)大一些。

為了提高遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)接收?qǐng)鰪?qiáng)，提高增益，在發(fā)射功率相同的情況下，工程上通常采用增加天線層數(shù)的方法來(lái)解決。然而天線層數(shù)越多，雖然方向性系數(shù)提高，但垂直方向性圖主瓣就越窄，副瓣也隨之增加，零點(diǎn)增多。由此而來(lái)在發(fā)射臺(tái)周圍形成的零輻射帶越多。因而零點(diǎn)填充也是設(shè)計(jì)多層發(fā)射天線必須考慮的問(wèn)題之一。

關(guān)于波束下傾和零點(diǎn)填充的方法很多，但效果比較理想又便于安裝調(diào)試的方法通常是等幅不等相饋電法和機(jī)械下傾法。

等幅不等相饋電法，給偶極板天線的各層饋以等幅不等相電流，可以調(diào)整垂直方向性圖主輻射方向。但是，正如前所述，要使主波束下傾，總體來(lái)說(shuō)就必須使β<0，也就是說(shuō)應(yīng)當(dāng)使較上層天線電流相位超前，下層滯后?？梢?jiàn)，主波束下傾的幅度比較顯著。另外，用這種等幅等相位差的方法盡管能夠填充等幅等相饋電的第一、第二零點(diǎn)，但是它會(huì)產(chǎn)生新的零點(diǎn)。因此工程上常常采用不等相位差的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)波束下傾和零點(diǎn)填充。

機(jī)械波束下傾，這種方法在廣播電視工程上用得比較多。即在偶極板裝配過(guò)程中，使用機(jī)械方法，將上一、二層偶極板向下傾斜，使得傾斜板的主輻射方向與水平方向形成一個(gè)負(fù)的夾角δ。

四層雙偶極板調(diào)頻天線，等幅同相饋電，設(shè)計(jì)中心頻率f=100 MHz（λ=3 m），振子間距d=λ/2，層高2d=λ，最高一層偶極板作δ=15°機(jī)械下傾，略去層間間隔。

實(shí)例說(shuō)明，機(jī)械下傾可以實(shí)現(xiàn)波束下傾，但是不能形成比較大的下傾角，同時(shí)也會(huì)引起主輻射方向增益下降，而零點(diǎn)填充的幅度比較大。

2016年初，吉安八四一臺(tái)按要求的50KW大調(diào)頻發(fā)射天線安裝完畢，通過(guò)參數(shù)測(cè)試和實(shí)際覆蓋場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試，滿足國(guó)標(biāo)甲級(jí)要求，在80公里有效覆蓋圈內(nèi)收聽(tīng)清晰，取得了非常良好的覆蓋效果。

（作者單位：吉安八四一臺(tái)）