王建軍

【摘要】827臺是全省最大功率中波骨干發(fā)射臺，總裝機容量是210Kw。播出中央新聞綜合一套廣播節(jié)目和甘肅新聞綜合一套廣播節(jié)目，兩部發(fā)射天線按地理東西走向布置，意在組成弱定向天線陣，增強處在甘肅東西狹長地域分布河西走廊方向輻射場。鐵塔高度151米，5層拉線地錨接地系統(tǒng)。甘肅臺684kHz饋線采用籠形饋線，中央臺1035kHz饋線采用國產(chǎn)SDY-50-80軟饋線。

【關(guān)鍵詞】中波廣播;發(fā)射天線;原理與維護;關(guān)鍵點分析

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.13..014

1. 中波發(fā)射機構(gòu)成

中波發(fā)射機采用全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機，簡稱DAM數(shù)字調(diào)制發(fā)射機，這種發(fā)射機的優(yōu)點是高效率、高穩(wěn)定度，其工作原理可以簡捷的描述為：對音頻信號進行抽樣、量化、編碼形成地址碼，通過第二次編碼形成功率合成器功率模塊瞬間“導通”“關(guān)斷”的12bit開關(guān)信號，功率合成器根據(jù)音頻信號送來的這個比特流，瞬時關(guān)閉和開通功率模塊，功率模塊就像磊“積木”一樣，實現(xiàn)功率增減，形成含有量化臺階的射頻包絡(luò)調(diào)幅信號。以50Kw發(fā)射機為例，ZF-50A DAM50KW發(fā)射機射頻功率合成器采用128塊功率模塊，其中大臺階模塊123個，二進制模塊5個，最小量化臺階的電壓是（1/32）E大臺階電壓數(shù)，對音頻的分辨率為：123×31+123+31=3967個量化臺階，即11.9bit，再加上72Khz抖動PDM補償3-4bit即可達到12bit人耳對音頻分辨率的要求，其它功率級別的發(fā)射機雖然功率模塊數(shù)量不同，都能滿足12bit人耳對音頻分辨率的要求。發(fā)射機功率模塊核心器件使用場效應(yīng)管。

2. 中波發(fā)射天線原理

2.1 中波垂直天線輻射場型建立的理論

先從基本的電磁場理著手，再從傳輸線方程，平板電容開放后的電場分布開始分析中波發(fā)射天線的特性。

中波饋線和發(fā)射天線核心問題是高頻電磁場的建立、電場強度和磁場強度，以及和產(chǎn)生它們的電荷、電流之間的相互關(guān)系。麥克斯韋方程式分析描述上述關(guān)系的最核心的理論。下面是麥克斯韋方程組。

中波天線和饋線是電磁場理論的邊值問題，中波發(fā)射天線可以看做是終端張開900的二線傳輸線。用傳輸線理論分析實際的饋線和天線，可以對中波天饋線系統(tǒng)做一準確的分析。下面是二線傳輸線方程：

β是衰減常數(shù)，表示單位長度衰減量。

α是相移常熟，表示單位長度的相移。

由上述傳輸線方程，當傳輸線終端開路，此時為全反射，即ρ=+1，S=∞，K=0線上只有駐波，為了分析中波垂直天線的特性，我們只分析傳輸線上電壓、電流和傳輸線長度的關(guān)系：

終端開路傳輸線的特征可以歸納為：

電壓、電流幅值沿線上的分布呈周期性變化，周期為λ/2，電壓分布為余弦規(guī)律，電力分布為正弦規(guī)律，這個規(guī)律對于分析垂直中波發(fā)射天線是非常重要的。中波發(fā)射以地波為主，水平面上場形是個圓，因為天線終端開路，是一個駐波天線，天線上電流分布符合正弦規(guī)律。

平板電容內(nèi)部場強分布：

平板電容內(nèi)部的電場強度與平板電容上+電荷正比。

中波天線是一個終端開路開放900的傳輸線，也是一個一邊張開900的平板電容。從麥克斯韋方程得知，要增加天線的輻射場強，就要增加天線上的+電荷Q，平板電容的場強計算公式也支持這一結(jié)論;從終端開路傳輸線上電流分布特性得知，要讓中波天線輻射的更遠，就要提高電流波幅電在天線上的位置。

上述3理論，從天線上電荷的積累即增加發(fā)射機功率、增加天線高度、保護地網(wǎng)等多維方面說明了天饋線系統(tǒng)建立輻射場的原理。

2.2 中波發(fā)射天線的理想高度

理想濕地，鐵塔周圍無限空曠，空間電磁波輻射三維場強模型如下圖：場強由舒來依金—范德波爾公式計算：

式中：E為場強，mV/m;d為被測位置與發(fā)射天線水平距離，km;p為發(fā)射機標稱功率，kW;G相對于接地基本振子（點源天G=1）的天線增益（倍數(shù)）;A為地面衰減因子;X為數(shù)量距離;λ為長，m;ε為大地的介電常數(shù)（無量綱）;σ為大地的導電系數(shù)，1/（Ω*m）。由上述公式可見，要增加地面的輻射場，增加天線的高度和增大發(fā)射機功率是唯一可選的，因為對于一個已選址定型的發(fā)射臺，ε和σ除了受氣候干旱、地表濕度的變化影響外，公式中決定場強大小的其它量是確定的。天線的高度不是越高越好，天線太高，高仰角的副瓣增強，近區(qū)干擾增強，最理想的天線高度采用0.53λ天線。

3. 天饋線系統(tǒng)管理要求

3.1 對天饋線系統(tǒng)的要求

天饋線系統(tǒng)發(fā)生故障會引發(fā)停播，其作用與發(fā)射機同樣重要，也會直接影響發(fā)射臺的停播率。安全、優(yōu)質(zhì)、可靠的天饋線系統(tǒng)是確保發(fā)射臺優(yōu)質(zhì)安全播出和安全生產(chǎn)的必備條件之一。隨著社會的進步和發(fā)展，基于全固態(tài)發(fā)射機使用的場效應(yīng)管是電壓激勵型器件，不具耐高壓和耐高溫的性能，由此對天饋線系統(tǒng)運作要求愈加嚴格;雷電是雷雨季造成發(fā)射機器件損壞，停播的最大危害，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷設(shè)計意義重大，對于新型的DAM發(fā)射機防雷是尤為重要的。

我臺從建立到現(xiàn)在已經(jīng)有近三十多年歷史，1035khz頻率一直采用六線式饋線，經(jīng)過長期的運行，饋線物理結(jié)構(gòu)及電氣特性變壞，天饋系統(tǒng)問題逐漸凸顯。一，多線式饋線性能方面：主要是損耗和雜散輻射大，傳輸效率低。由于內(nèi)饋體僅為2根細銅線，隨著饋線的長度增加，電阻值也逐漸增大，帶來的傳輸損耗也逐漸增加;多線式饋線，經(jīng)過長期的運行以及周圍環(huán)境的變化，饋線內(nèi)導體與外導體距離及外導體與地面距離發(fā)生變化，這就帶來了饋線各處參數(shù)的不一致性，導致饋線阻抗的變化，形成一定的駐波，因此帶來的反射損耗也就增大;多線式饋線外導體只有4根銅包鋼導線，對雜散輻射的抑制很有限。二是安全方面。由于建臺年限過長和氣候等特殊原因，饋線常年經(jīng)受風雨侵蝕，造成饋線支架、導線老化、銹蝕，架空絕緣子臟污、碎裂，絕緣度下降;這些問題一方面對設(shè)備的指標產(chǎn)生影響，使播出質(zhì)量下降。另一方面都對播出的安全性和完整性造成了極大的影響，導致播出事故增多。為避免以上影響，2019年，我臺實施了中央臺1035kHz饋線采用國產(chǎn)SDY-50-80軟饋線進行改造，其中涉及饋線射頻同軸電纜化、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)更換、同軸切換開關(guān)更換。

3.2 對天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的要求

全固態(tài)發(fā)射機對天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)有嚴格的防雷適應(yīng)性要求，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)必須具有新型防雷網(wǎng)絡(luò)“三要素”要求的隔離電容C、μH級雷電接地泄放線圈和石墨放電球。827臺兩部鐵塔新配置的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)如圖1、2.

天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中添加它頻阻塞和吸收網(wǎng)絡(luò)的重要性：因為本臺兩部天線組成弱定向天線陣，兩部天線互為無源反射，只有這樣，接收端才能收到純真的廣播信號，如果在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中，不加上述阻塞和吸收網(wǎng)絡(luò)，由于本頻在另外一幅天線上的感應(yīng)信號與本頻是不同相位的，這樣本塔發(fā)射的信號會受到另塔感應(yīng)信號的的干擾，影響收聽的純真度和聲音的圓潤度。石墨方電球的特性是，在放電球表面瞬間電弧擊穿后能形成保護膜，且放電速度較傳統(tǒng)的金屬放電球放電速度快。大家知道，雷電90%的能量集中在10Khz左右，具有上述“三要素”的防雷天調(diào)網(wǎng)絡(luò)足以泄放進入天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的雷電。根據(jù)《GB-50057-2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》建議，鐵塔的5層拉線接地體系已泄放了絕大部分雷電。

3.3 對地網(wǎng)的保護

理論上地網(wǎng)和天線長度是相等的，實際鋪設(shè)的地網(wǎng)長度稍長于天線高度。這樣才能形成穩(wěn)定的空間輻射場，如電容電力線分布圖所示，紅色虛線代表的是地網(wǎng)正常時天線—地網(wǎng)板構(gòu)成板電容形成的電力線，黑色實線是地網(wǎng)被破壞（縮短）后空間電力線分布。由圖可見，地網(wǎng)被破壞縮短后，α1線向地面方向傾斜，輻射場向天線方向收縮。（α1（黑線）是地網(wǎng)正常時天線發(fā)射電磁波的仰角線向地面傾斜，α2是地網(wǎng)被破壞縮短后天線發(fā)射電磁波的仰角線）。

由以上分析，保護地網(wǎng)非常重要，隨著《中華人民共和國廣播電視法》的即將頒布，我們廣播人將更有信心保護好地網(wǎng)。

4. 天饋線系統(tǒng)維護

雷雨天多巡查天線場區(qū)，查看地錨有無松動，拉錨螺絲有無松動，塔體的垂直度有無變化。

日常檢修維護，一是高頻饋纜定期充氣，檢查饋纜外皮與支撐架接觸點是否有磨損。二是天調(diào)網(wǎng)絡(luò)要經(jīng)常保持干凈，定期除塵。天調(diào)網(wǎng)絡(luò)器件和支撐架上落塵，隨著塵土的積累，附加潮濕的空氣，網(wǎng)絡(luò)器件的耐壓降低，打火。

天饋線系統(tǒng)日常維護，切忌螺絲緊了又緊。當系統(tǒng)正常工作時，網(wǎng)絡(luò)器件螺絲會隨著工作溫度的上升有輕度膨脹，停機檢修時螺絲不能過度上緊，否則羅素在工作中會崩斷，造成事故。

要經(jīng)常保持天饋線系統(tǒng)阻抗和發(fā)射機出口阻抗匹配，用阻抗分析儀在發(fā)射機出口段調(diào)測天調(diào)網(wǎng)絡(luò)阻抗是檢修的常態(tài)工作。

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