并饋式自立鐵塔中波天線

并饋式自立鐵塔中波天線何紅宇陳燕武周衛(wèi)華【提要】并饋式自立鐵塔中波天線具有諸多優(yōu)勢：取消底座絕緣、鐵塔直流接地、有利于發(fā)射系統(tǒng)的防雷可以承受大功率；可多頻工作；可在其上安裝FM、TV天線等。本文介紹了并饋式自立鐵塔中波天線饋電原理以及實際工程應(yīng)用中的成功事例?！娟P(guān)鍵詞】并饋；自立鐵塔；中波天線1目前我國中波發(fā)射天線的狀況與存在的問題1.1中波發(fā)射天線的國內(nèi)現(xiàn)狀根據(jù)我國的中波廣播覆蓋技術(shù)要求，發(fā)射天線發(fā)射垂直極化波，地波覆蓋。因此，目前我國的中波發(fā)射天線從其結(jié)構(gòu)形式上分，有采用最為廣泛的底部絕緣拉線鐵塔，此外還有小部分底部絕緣的自立式鐵塔，對于小功率發(fā)射臺，亦有部分T形或r形天線；從其功率等級上分，有大功率天線（功率容量為nX200kW），中等功率天線（lOOkW、50kW、30kW），小功率天線（10kW以下）；從天線水平方向圖分，有不定向天線（單塔天線）和定向天線（二塔天線、四塔天線、八塔天線）。1.2中波發(fā)射天線的現(xiàn)存問題近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，城市規(guī)模越來越大，許多原先建在城市郊區(qū)的發(fā)射臺，其所處位置慢慢地變?yōu)槭袇^(qū)，有的發(fā)射臺周圍成了居民區(qū)，嚴重影響了中波臺的廣播效果，也對周圍的電磁環(huán)境有嚴重影響。因此，許多省市一級的中波發(fā)射臺面臨著搬遷或調(diào)整的任務(wù)。如果中波臺搬遷后仍采用底部絕緣的拉線塔，雖然拉線塔結(jié)構(gòu)簡單、造價相對較低，但其三方拉繩的占地面積太大，征地費用很高，有的場地因條件限制，也不好布置。遇到低頻率、大功率時（為減少傳播損耗，各地中波廣播都有采用中波低頻段發(fā)射的傾向），由于拉線塔較高，有的還要加籠子，使得底部壓力很大，底座絕緣子國內(nèi)無法解決，若要進口，費用較高。鑒于拉線塔的這些不足，前些年有些發(fā)射臺采用底部絕緣的自立式鐵塔作中波發(fā)射天線，但是同樣受到其底座絕緣子耐電壓及抗拉力的限制，鐵塔只能做到120m左右高，承受功率也只有l(wèi)0kW量級，顯然不能滿足低頻率、大功率的發(fā)射需要。還有一個很重要的問題隨著中波發(fā)射機的更新改造，許多發(fā)射機都采用了或準備采用全固態(tài)發(fā)射機。雖然與電子管發(fā)射機相比，它具有壽命長、指標好、能耗低、效率高、維護量少等優(yōu)點，但全固態(tài)器件脆弱、耐壓低、抗干擾性能差、易擊穿、易受雷電影響是其致命弱點。因此，需要對有底部絕緣子的天線加裝良好的防雷設(shè)施。2新型中波發(fā)射天線一一并饋式自立鐵塔中波天線（SFA）2.1SFA的結(jié)構(gòu)形式通過對國外中波發(fā)射天線的研究，我們提出了一種新型的中波發(fā)射天線一并饋式自立鐵塔中波天線〈SFA）。

不1T圖1SFA結(jié)構(gòu)示意圖它所采用的支持結(jié)構(gòu)就是普通的自立鐵塔。塔體截面可以是正三邊形，也可以是正四邊形，還可以根據(jù)不同需要設(shè)計成其它的正多邊形。與普通的自立鐵塔不同的是，在鐵塔周圍分布著若干根導線，導線的上端與鐵塔上的平臺相連，導線的下端匯聚于鐵塔底部中心并在此對鐵塔饋電。與其它中波天線一樣，鐵塔下面也需敷設(shè)地網(wǎng)oSFA的結(jié)構(gòu)示意圖見圖不1T圖1SFA結(jié)構(gòu)示意圖2.2SFA電氣原理圖2SFA電氣原理圖SFA電氣原理圖見圖圖2SFA電氣原理圖由圖可見，導線上的高頻電流i經(jīng)過平臺后分為兩路，即il和i2°ABC構(gòu)成長度為H的輻射體，ABD構(gòu)成了長度為h的終端短路線。此短路線的輸入阻抗為：Z=jX=jWtgah當人=入/4時，Z=8,i=0,i=i；當h工入/4時，相當于在信號源與in in 2 1天線之間并聯(lián)了一個純電抗，此時i2Z0。此電抗是無損耗的，但會降低一些天線的輻射效率，其等效原理圖見圖3。其實質(zhì)是高頻能量通過一個并聯(lián)電抗去激勵天線。雖然天線直流接地，但天線對高頻不是直接接地的。mIcqs(.?HsinA)—cosmIcqs(.?HsinA)—cos1[「｛仝匸 SFA的輻射場形可按垂直單極振子計算：2.3.1垂直面方向圖計算公2.3.2水平面萬向圖計算公式2nf（巾）=K式中:a=k為常數(shù)。巾為水平方位角;圖3SFA電氣等效原理圖巾為水平方位角;2.3.3天線輸入阻抗我們獲得了較為理想的一組輸入阻抗曲線。其輸入阻抗曲線與一般底部絕緣的拉線塔的情況差異較大，我們可根據(jù)其共性，設(shè)計相應(yīng)的匹配網(wǎng)絡(luò)。2.3.4天線底部的電流和電壓天線底部電流可按下式計算：1飛亦天線底部電壓可按下式計算：0—^1':1LX-TC亠100%調(diào)幅時的有效值為：I=1；15XI=1.23IP _U=2\；2XU=2.83UP式中：P為發(fā)射機的標稱功率；R、X為天線底部輸入阻抗的實部和虛部。inin2.4SFA的優(yōu)勢與普通的帶底座絕緣的中波天線相比，SFA優(yōu)點在于：取消了底座絕緣、絕緣拉繩，大大節(jié)省了占地面積，總體投資降低。鐵塔直流接地，有利于發(fā)射系統(tǒng)的防雷?？梢猿惺?000kW以上的大功率，無需為大功率問題而進口大型底座絕緣子。天線可多頻工作。鐵塔可綜合利用，可在其上安裝FM、TV天線和微波天線而不影響機器的正常工作。與拉線塔相比，發(fā)射臺整體規(guī)劃更簡潔、美觀，由于沒有拉線,對周邊環(huán)境影響也較小。3SFA的應(yīng)用情況與展望3.1國外的應(yīng)用情況據(jù)我們了解，國外使用這種天線的國家還是較多的，主要有法國、美國、馬其頓及中東一些國家，各種技術(shù)的應(yīng)用也較為成熟。3.2國內(nèi)的應(yīng)用情況目前我國采用SFA實際播出的，已有洛陽人民廣播電臺和重慶人民廣播電臺。洛陽的SFA塔體截面為正三邊形，塔高140m，為雙頻共塔，兩個頻率分別為576kHz和1053kHz,兩部發(fā)射機均為10kW，主饋線采用SD-50-80-3同軸電纜。重慶的SFA塔體截面為正四邊形，塔高100m，也是雙頻共塔，兩個頻率分別為981kHz和1314kHz,兩部發(fā)射機均為50kW，主饋線采用SD-50-80-3同軸電纜。洛陽和重慶兩臺的SFA的實體照片如圖4所示。兩臺的天線都已安全運行了3年多，從其實際工作效果看，兩臺的天饋線系統(tǒng)工作穩(wěn)定，防雷保護效果很好，輻射場強和覆蓋范圍都比以前的天線有較大的提高。另外，兩臺都已進行了中波廣播與調(diào)頻廣播共塔播出的實驗，達到了預(yù)期效果。3.3SFA應(yīng)用前景展望試驗及實驗證明，由我所設(shè)計開發(fā)的并饋式自立鐵塔中波天線(SFA),其理論是成熟的，實際使用也是成功的。中波與