中波发射天线地网对发射效果的影响探究

叶志豪

（作者单位：河南广播电视台无线电台管理中心）

随着近年来我国经济的快速增长，居民对广播电视信号的要求越来越高。如何提升中波信号的传输质量成为现阶段广播电视行业必须解决的问题。中波广播是一种以地面波与天波相结合的信息传播形式，在应用中波广播时，要充分考虑中波发射天线地网对发射效果的影响，进一步提升广播信号的传输质量。

1 中波特征概述

中波是一种波长在200～600 m、频段范围在526.5～1 606.5 kHz的无线电波[1]。地面波是中波的主要传播形式，大地作为导体，能够实现在几百千米内的传播。电离层在白天日光的照射下，会出现密度增大的现象，从而变成优良导体，吸收一部分天波。而地波在传播时，比较容易被大地吸收。所以中波在白天的接受能力会相对更弱。

由此看来，中波广播非常容易受到外界因素的影响，稳定性比较难控制。天波传输容易受到外界环境的干扰，高层建筑等设施会对信号的传播效率与质量产生影响，带来信号卡顿、中断等问题。地波传输容易受到距离的影响，距离越长，信号的弱化现象越严重。在实际应用中波广播时，会通过架设天线结合地网的形式，从中心径向辐射，达到扩大中波发射信号传输范围的效果[1]。

2 中波发射天线地网应用实例

某中波转播台在建设时，共建设3座中波自立塔，具体参数如表1所示：

表1 3座中波自立塔的具体参数

该中波发射天线地网将中波自立塔的塔基中心视作圆心，每隔3°便铺设一根深埋40～50 cm的地网线（地网线为Ф3 mm紫铜线），共铺设120根，使其呈放射状向外分布，一直铺设到天线区场地边界和两塔距离之间的交界处。地网长度小于0.3λ的应该设立简易高频地井。地井的间隔为12条地网线。地网线与地网线之间用圆环连接，圆环由内、中、外三个环组成。在该案例中，铁塔的围墙、调配室的外侧、铁塔与调配室之间都铺设了10 cm×0.75 mm的紫铜板，将紫铜板作为地网内环，连接塔基回流条和地网线[2]，并利用宽度为40 cm、厚度为10 cm的混凝土进行固封，即完成了内环线的施工。

中环设置在地网半径30 m的位置，利用紫铜线把地网线连接起来，即完成了中环线的施工。

外环设置在地网线的末端，与中环相同，同样采用紫铜线进行连接。确保地网线连接起来后，保障其与相邻地网有效连接。如果在铺设地网的过程中，遇到了围墙圈界，要将地网铺设在围墙的底端。如果遇到建筑障碍，要绕开建筑障碍再进行铺设。如果遇到了水池，要并接相邻的12根地网线，利用紫铜板将地网线埋置池底50 cm深位置进行敷设。并且在间隔6 m的位置采用砼柱进行固定，在砼柱的上端10 cm处开孔，用作穿孔和固定紫铜板。在该案例中，铺设地网时共遇到一个蓄水池，总共使用了80根砼柱。

在地网的末端，要把一根圆钢砸到地下，确保地网末端良好接地，并在地网末端利用砼柱作为标志。在该案例中，总共使用了240根砼柱作为标识，总共建设了10个高频地井。

该中波转播站处于城市郊区，在建成后已经运行了3年。相较于旧台，该中波转播站的天线地网设计更加完善，大幅度扩大了覆盖的范围，提升了信号传播的质量，实现了45 km范围内的信号优质传播，有效避免了雷雨天气引发的天线驻波过大等问题，降低了信号发射机被雷击的概率。

3 中波发射天线地网对发射效果的影响

中波发射天线地网对发射效果的影响体现在多个方面，其会对发射功率、辐射范围以及信号质量等多方面产生影响。

3.1 地面消耗因素对发射功率的影响

接地电阻增大是地网不良的主要表现之一。为提升发射功率，要重视如何把天线高频电流转换为电磁波能量。天线辐射电阻和地面损耗是影响天线辐射效率的两个主要原因，天线辐射效率和天线辐射电阻、地面损耗之间的关系见式（1）。

其中，μ代表天线辐射效率，RA代表辐射电阻，RL代表损耗电阻；Pr代表辐射功率，Pi代表输入功率。即接地电阻越大，地面损耗越大，辐射效率就越低。通常接地电阻控制在2 Ω以下。通常情况下，电阻越小越好。

天线本身就具有一定的辐射能量，发射天线的部分能量在信号传输时会经过地面，产生信号损耗现象。能量的损耗程度会根据信号发射的时间与距离发生变化，距离越远、发射时间越长，广播系统的传输功率就越低，信号质量就越差。而地网在发射信号时，电波能量也会出现消耗，信号传输的距离会被进一步减小，信号的传输质量与效率也会因此受到影响。在电波能量被削弱后，广播信号的强度会大幅度下降，难以完成远距离传输任务。

3.2 中波发射天线地网对信号覆盖面积的影响

当天线辐射主电场和地面反射副电场出现相位不一致时，辐射的总电场就会被削弱。地面在受到电磁波作用以后，就会产生地电流。传导电流和位移电流共同构成地电流。地电流在天线辐射空间内部会产生再辐射。除了主电场以外，还有附加副电场，二者叠加便形成总电场。当两个电场电磁波的空间路径不同时，相位差会变得越来越大，从而导致天线振幅出现波动，覆盖区域面积也会进一步缩小。为了降低中波发射天线电网对信号覆盖面积的影响，要尽可能选择导电性比较好的地面，确保地面平坦湿润，为地电流提供一条良好的通路。

中波发射天线地网的稳定性会对信号覆盖面积产生影响，理论上来讲，稳定性越强，信号覆盖面积越大；稳定性越弱，信号覆盖面积越小。如果想要扩大信号的覆盖面积，在应用中波发射天线地网时，可以借助地面介质强化信号，强化中波的传输效果。但是在实际应用中波发射天线地网时，天线和地网分别作为主电场与副电场，在传播方式上存在根本差异，且不同电场之间的介质也有着较大的差异，信号覆盖的面积也会因此受到影响。就中波发射信号而言，其对地波的依赖程度相对更高。如果信号范围覆盖不全，说明地波的传播受到了限制。垂直极化是地波传输信号的主要方式，因此为了提升地波的传输效率，要重视地网的建设，选择合适的地波垂直天线。地波垂直天线的故障概率较高，如果发生故障，维修成本与难度相对较高。一旦地波垂直天线出现故障，中波发射天线地网也无法有效地传输中波发射信号，实际信号覆盖范围也会受到影响，信号的清晰度和可接受度都会降低。

3.3 中波发射天线地网对信号装置安全的影响

当天线和馈线不匹配时，就会加大反射，对发射效果产生影响。天线的输入阻抗会受到多种因素的影响，如季节、地网、环境、天线形状、工作频率等。馈线的特性阻抗通常被设置为50 Ω[3]，而天线的特性阻抗是可以调整的，利用调配网络可以将其调整到50 Ω，从而与馈线的特性阻抗相匹配。当天线与馈线协调匹配时，传输效率便能够得到保障；当二者不匹配时，传输效率便会受到影响。

中波发射天线地网对馈线、天线的协调匹配要求相对更高，当设备与设备之间的兼容性达不到要求时，中波信号传输信号会受到限制。因此，在应用天线地网装置时，需要对辐射阻抗、输入阻抗进行调整，只有确认参数信息准确无误后，才能有效地控制信号装置。当信号参数发生变动时，雷击的概率也会增加，使得信号装置正常工作受到影响，因此天线地网信号装置要先完成天线网络的匹配，然后与地线进行连接。只有发射天线的地网安装满足相关要求，天线的接地连接才能得到保证。

4 中波发射天线地网系统的维护要点

4.1 天馈线的维护要点

日常维护天馈线是中波发射天线地网系统的维护重点，所以要重视对天馈线的日常维护，制订相应的周检计划、月检计划、季检计划与年检计划，落实日常维护工作。天线地网系统的焊点较多，且普遍埋设较浅，因此非常容易发生断损现象。相关工作人员在日常工作的过程中，要重点处理破损问题，确保地网的完整性，确保每个接头焊接牢固。在检查地网线是否破损时，可以利用电缆探位仪进行检测，对地网线的电气特性进行测试，从而确保地网线正常运作。

发射塔的维护一般以3年为一个周期，每隔3年就要对发射塔进行深度维护。发射塔维护的主要内容包括紧固铁塔连接点与拉锚接点、矫正拉线位置等。维护人员要重点检查放电球、接地点等位置，确保各接地点的电阻合规。

调配网络和馈线的维护一般以周为周期，维护人员在每周的停机检修时间，要重点对调配网络和馈线进行检修，检查电容电感是否存在雷击烧坏现象，馈线接点是否架设稳固，避免接触不良导致的发热和传输效率下降等问题。

4.2 发射机系统的维护要点

发射机系统是中波发射系统的重要组成部分，其作为能量发射的开端，发挥着重要的作用。维护人员在检查发射机系统时，要重点检查天线驻波比、调制度、反射功率及入射功率等指标，做好发射机系统的参数记录工作，对参数进行比较，检查其是否存在异常。尤其是驻波比和反射功率两个参数，一旦这两个参数出现异常，要立即采取措施，避免发射机系统出现故障。

4.3 中波馈线系统的维护要点

中波发射系统的维护也同样重要，不仅要重视中波发射系统的日常维护，还要以3～5年为周期，定期进行维修，重点检查拉线情况，避免拉线出现腐蚀、形状异常、破损等问题。在馈线维护方面，要优先检查导线是否存在断裂或裸露等问题，如果发现馈线存在异常要及时更换。

5 降低天线地网对中波发射效果影响的策略

5.1 对技术方案进行优化

在应用中波发射天线地网时，常会遇到天线干扰问题。为尽可能减少天线干扰问题，相关工作人员要开展相应的预防工作，降低天线对中波发射的影响。技术方案的优化能够有效控制天线干扰问题的出现，如为了降低信号传输设备自损现象，可通过增加电流的分布腹点数量，提升信号发射强度，使中波广播的发射频率得到增强。要想进一步提升中波广播的发射频率，还可以在挖建地井时，将铁塔作为中心。在地井施工时，利用木炭与大粒盐进行埋土，从而解决发射天线的接地问题。地井与地井之间的间隔通常控制在3 m左右，中心地井的深度和施工地井的直径通常都为4 m，当多个地井连接时，能够从多维度降低天线地网对中波发射效果的影响，保障中波广播发射系统的运行质量与效率[4]。

5.2 对地网铺设方案进行优化

通过上文的分析不难发现，地网对中波广播发射系统有着非常大的影响，其直接关系到了信号的覆盖范围。因此，要想扩大中波发射范围，就必须重视地网的铺设。在铺设地网时，应该将塔基设为中心，频率设置在0.3～0.5倍波长为半径的圆内范围，并在圆内铺设60～120根铜线，铜线的直径通常为3 mm，铜线埋置的深度通常为30～50 cm。在埋藏地网时，要使其形成闭合的圆环，让线数保持双线。如果中波发射天线的直径为5 cm，那么应该将双线圆环应用在内部地网结构的外环部位。要注意的是，将地网埋入地下以后，其一旦发生故障，维护成本就会大幅度提升，中波广播信号也会因此中断，因此要重视地网铺设的质量[5]。

5.3 对中波发射天线地网进行改良

相较于天波信号，地网信号传输的稳定性更强。地网信号传输不容易受到自然条件的影响，但地网信号传输会随着距离的增加变得越来越弱，信号传输的强度也会因此受到影响。有的中波台为了完成发射任务，会选择扩大天线场区面积的方式，扩大信号的覆盖范围。除了扩大土地面积，还可以通过优化地网铺设来提升中波发射天线地网的发射效果。例如，在不同的施工点设置不同的天线塔基，并且将其按照放射状进行铺设，就可以实现地网系统的优化。

6 结语

本文首先阐述了中波的具体特征，其次对中波发射天线地网的应用实例进行了分析，再次对中波发射天线地网对发射效果的影响进行了探究，最后分析了中波发射天线地网系统的维护要点和降低天线地网对中波发射效果的影响的具体策略。广大广播电视台工作者在应用中波发射天线地网时，只有重视中波发射天线地网的建设与维护工作，通过优化天线地网技术方案与地网铺设方案，降低中波发射天线地网对发射效果的影响；重视对天线地网的日常维护，保障天线地网的正常运作，才能保障信号传播的质量。