李西昌

（陜西廣播電視臺第三發(fā)射臺）

摘 要： 在中波的低頻段（531kHz至1000kHz），由于波長長，要求天線高度高，當天線高度低于λ/4時，76米傳統(tǒng)桅桿天線的高度明顯不夠，不僅存在天線效率低，而且輸入阻抗實部偏小，虛部電抗分量大，天線Q值比較高，工作時帶寬窄，不利于發(fā)射機的正常工作。鑒于此類問題，在76米天線的基礎上，通過在其頂部加頂負荷的辦法來進行補償，以此達到增加天線有效高度的目的，這樣人為改變天線的電參數(shù)，有利于匹配網(wǎng)絡的調試和發(fā)射機的正常工作。

關鍵詞： 天線Q值高；帶寬窄；邊頻反射大；頂負荷；有效高度

1.引 言

我臺540kHz，用一副邊寬為0.5米，高度為76米的輕型桅桿天線轉播節(jié)目，發(fā)射機是50kW全固態(tài)DAM，對天線的電參數(shù)要求比較嚴格。在中波頻段，天線高度要求在λ/4與λ/2之間、天線阻抗、天線Q值（虛部/實部）都要符合實際工作的需求。540kHz處在中波段的低頻端，工作在76米桅桿天線上，輸入阻抗實部偏低（8Ω左右），虛部電抗偏大且頻率在±10kHz的邊頻范圍內變化時，虛部較實部變化大。531kHz至1602kHz駐波測試結果呈現(xiàn)V字形，明顯存在76米天線在低頻段工作時，天線Q值高、邊頻駐波大帶寬窄的問題，造成發(fā)射機在音頻高端邊頻反射大、駐波保護頻繁無法正常工作的現(xiàn)象，其原因是天線高度不夠（小于λ/4）。如果繼續(xù)在天線頂部增加實際高度，不但投資大，而且無疑會給架設和今后的維修帶來很大的困難，此時，考慮在不增加天線實際高度的情況下，通過加裝斜拉線作為頂負荷以增加桅桿天線的有效高度，達到在低頻段工作時對發(fā)射機邊頻反射大、駐波保護有一定的改善作用，這是目前即經(jīng)濟又可行的辦法。

2.76米頂負荷天線

76米頂負荷天線，目前國內基本上都采用在天線頂部加頂負荷板（三角形），再用三根彼此相隔120°、長度為35.3米的斜拉線（頂負荷線）牽引到地面這種形式。斜拉線分別接于負荷板邊線的中間，負荷線首端用螺栓固定在負荷板上，從塔頂穿過U形環(huán)并捆扎后并從天線的三方拉繩之間一直斜拉到地面，傾角為45°。為了防止天線塔體對地短路，還要避免斜拉線上感應高頻電流二次輻射的干擾對電磁波輻射方向圖造成影響，依據(jù)發(fā)射功率的大小把斜拉線按一定的長度分成若干段，分段處要用絕緣子進行隔離，因而頂負荷線（鋼絞線）各段之間要求絕緣且對地絕緣。具體要求是：負荷線首端接八棱絕緣子2個，再用10個蛋形絕緣子分段，尾端接地錨，分斷長度尺寸為：1m*2、3m*2、5m*2、7m*3、10m*3，最長拉線段不超過28m，每段之間用絕緣子分隔，如圖1。

76米中波天線加頂示意圖如圖1所示。

3.頂負荷天線原理

中波垂直極化天線通常是無頂天線（終端開路），可以認為是頂部開路有損耗的雙線傳輸線（終端開路的傳輸線是無損耗線，基本上不傳輸功率，線上電流分布按正弦規(guī)律變化），且由于其橫截面不是完全均勻的，因而鐵塔天線垂直部分表面的電流分布不均勻，電流波按近似于正弦規(guī)律分布，其中波腹附近的電流最大起主要作用，波節(jié)附近的電流及其他部分電流的影響較小，尤其在頂部高頻電流更小，對空間輻射的電磁波能量就很小。由于天線電流分布的不均勻性，天線輻射電阻小，效率低，還直接影響到天線底部饋電處的輸入阻抗。對于中、小功率中波發(fā)射臺，天線大部分是高度為76米、邊寬為0.5米的桅桿天線，同樣存在這樣的問題，尤其是在低頻段，天線高度低于λ/4，天線Q值高、帶寬窄，底端附近地電流大、天線的輸入阻抗的實部偏低，這些現(xiàn)象表現(xiàn)更為突出。如今，機房清一色的全固態(tài)發(fā)射機在低頻段，面對這樣的天線顯然無法適應。

對于工作在低頻段的76米桅桿天線，為了解決天線Q值高、工作時帶寬窄、效率低的問題，一般采用加頂負荷天線，其形式多種多樣，這里只介紹國內常用的斜拉線頂負荷天線。頂負荷天線也就是加頂加載天線，在為了不再產(chǎn)生多余無用功率（熱損耗）的情況下，將原來開路的天線頂部變成電抗性負載的天線頂來進行饋電，使頂部電流不為零，以增加其有效高度。它是通過三根頂負荷線穿過U形環(huán)至地面形成傘塔天線形式，加頂后即增加了天線導體對大地導體之間分布電容（任何兩個存在電壓差且相互絕緣的導體之間都會形成分布電容），這樣就形成了電容性的天線頂，也就相當于在天線頂部加上了電抗性負載。另外，由于天線阻抗容性增大，有利于對76米天線輸入阻抗的電抗分量（容抗）予以部分抵消。

這種通過加裝斜拉線作為頂負荷天線來進行饋電的辦法，增加了頂部的電抗負載，改變了鐵塔上垂直部分的電流分布狀況，把電流波的腹點向頂部移動，如圖2，使天線上電流分布趨于均勻，有利于提高天線腹點的輻射電阻?？傊@樣做的目的都是為了增加天線的有效高度，使鐵塔高度和斜拉線等效高度之和，亦即天線的有效高度不小于λ/4。

需要注意的是，頂負荷的作用僅僅是改變了桅桿天線上電流的分布狀況，以增加天線的有效高度。負荷線本身對發(fā)射并無貢獻，相反因為它本身并不是水平的，對發(fā)射會起些不利的作用。因此，在增加天線有效高度的同時，三根頂負荷線還不宜過長，一般不超過垂直部分的一半（35.3米<38米）。事實證明：當頻率高于700kHz，天線的有效高度將大于λ/4，應逐漸縮短斜拉線的長度。

4.天線加頂負荷后阻抗實測

76米桅桿天線加頂負荷后，就540 kHz及上、下邊頻對天線的輸入阻抗進行了實際測試，再和加頂前進行對比，結果是實部提高、虛部降低、Q值也隨之降低、帶寬變寬，如下表所示，這樣的結果基本上滿足了實際工作的需求。

5.結束語

我臺這次76米中波桅桿天線通過加頂負荷來增加天線的有效高度，使天線的電參數(shù)—天線輸入阻抗、Q值、帶寬都得到了進一步的改善；同時經(jīng)過分析計算，天線輻射電阻較之前有所增大，天線效率也隨之提高，擴大了電磁波向空間的輻射。這樣以來，540kHz匹配網(wǎng)絡的設計和調試也相對容易，對發(fā)射系統(tǒng)而言基本上滿足了使用要求。在整個發(fā)射系統(tǒng)調試完后，經(jīng)過半年時間的試運行，發(fā)射機及其匹配網(wǎng)絡工作穩(wěn)定。由此看來，76米桅桿天線可以在不增加天線實際高度的情況下，通過對無頂負荷天線加頂加載，提高天線的有效高度，有利于解決中波低頻段在天線高度小于λ/4時，發(fā)射機存在邊頻反射大、駐波頻繁保護的問題。

參考文獻

[1]張學田，李英華等。廣播電視技術手冊（發(fā)射技術）國防工業(yè)出版社 北京.

[2]李孝勖。廣播電視技術手冊（天線）國防工業(yè)出版社 北京.

[3]中央廣播事業(yè)局76米中波桅桿頂負荷天線設計方案。（河南長興建設集團有限公司提供）.