浅析中波广播发射天线的原理
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作者: 马晓
摘 要 城市规模的不断扩大，使得原先处于城郊地区的中波广播发射台逐渐被城市的高楼大厦所包围。受到多种因素的影响，中波广播覆盖范围的效果受到不同程度的影响。作为中波发射台的重要播出设备，中波广播发射天线在广播播出的环节中扮演者至关重要的角色。本文论述了中波广播发射天线的工作原理，并对如何进行场地保护展开讨论。
【关键词】中波广播 发射天线 原理 场地保护
1 概述
中波广播技术的发展，促进了我国的广播事业的发展。中波广播的工作频段范围在526.5kHz～1606.5kHz之间。处于该频段的无线电波一般依靠地波进行传输，有些在夜间也会有依靠天波进行传输。地波传输方式的电波衰减通常比较小，抗干扰力强，场强高，从而能形成一个相对稳定的服务区，服务区的范围根据发射功率确定大小。在服务区内一般都能接收到较高音质的广播声音。中波广播不仅覆盖面广，其绕射的能力也较强，且信号也比较稳定。加上收音机在市场上的价格相对便宜，因此成为广大群众获取信息的重要途径。中波广播也成为我国农村地区广播无线覆盖的主要方式之一。近年来，中波广播技术（包括数字化、设备固态化等技术）不断发展，并得到广泛应用，改变了原先低质量、高耗能、多故障等电子管发射机问题。得益于科技水平的发展，中波广播进入全新的数字化时代。虽然很多新技术的涌现，使无线广播媒体得以不断改造和发展，但新媒体取代这种传统媒体还需要很长时间。中波广播依然是无线广播最主要的覆盖方式。
2 中波广播发射天线原理
中波广播发射天线一般使用垂直振子单桅杆拉线天线铁塔，经由馈线、天调网络与铁塔的低端相连接，且铁塔的底部绝缘。在铁塔的底部有一个圆心，深度约0.7cm的铜网（处于土壤当中，呈辐射状敷设），即为地网。地网能有效降低地下电流损耗，从而提高天线辐射的效率。另外，天线的高度、地网等指标是影响天线效率的主要因素。下面就天线高度、地网的相关原理进行阐述。
2.1 天线高度
中波天线的辐射场强与天线高度密切相关。通常情况下，天线高度在0.24～0.5λ之间为宜，处于该范围的天线高度，一般能使地波服务区获得最大的场强，同时还能有效防止天线高度超过0.5λ时导致天波衰落的问题。这也是中波天线高度会对天线效率产生影响的原因。中波广播台现在一般会采用76m高的定型塔或者140m高的铁塔，其中，76m高的定型塔适用于频率1000kHz或以上的频段，在使用过程中，为提升天线的有效高度，可采取顶负荷天线。在此高度下，能有效提高天线低端的输入阻抗，继而有效提高天线辐射效率。而140m高的铁塔则适用于中波低频段。发射天线效率可作为天线的重要电参数之一。
2.2 地网
地网是垂直单桅杆天线体系中的重要组成部分。地网和大地是中波天线辐射电流的回路，因此，地网对天线效率以及天线增效有很大影响作用。天线效率和无线理论增益的乘积等于中波天线的实际增益。减少地面损耗能有效增加天线的实际增益，而地网具有降低地面损耗的作用。中波广播天线的地网将铁塔底部中心作为圆心，向外做辐射状敷设。地网导线一般埋设深度为300mm。但若在耕地上，导线的埋设深度应大于300mm，可加深到400mm～600mm。一般来说，地网导线埋设越浅，地面损耗会越少。地网导线通常选用φ3.0的硬铜线，长度0.4～0.5λ，数量一般70～120根范围（视铁塔天线的高度与地面的具体情况而定）。若在比较干旱的区域，特别是沙漠地带，土壤具有较低的导电率，会导致地损严重，中波天线的实有增益相应减少，在此种情况下，可适当增加导线的数量。
地面的电流一般呈辐射状流向天线的底部，电流分布情况还与地网导线长短、天线高度相关。若天线高度比较低，其底部的地下电流就越大，地电阻也因此随之越大。若为短天线，其辐射的电阻比较小。为提高小型、短天线的辐射效率，应敷设良好的地网。在与天线距离0.5λ时，地电流为恒定值，与天线高度无关。而距天线小于0.5λ的区域则属于谐振场区，其损耗情况则与地网密切相关。若大于0.5λ的区域则属于辐射场，属于传输损耗。在设置地网时，其半径通常不超过0.5λ，占地面积约200亩，从而造成场区与市政建设的争地矛盾。为缓解这一矛盾，可充分利用中波广播天线场区，如在场区内种植农作物（低杆类），或可在城区的绿地上辐射中波塔等。
3 场地保护
3.1 对中波广播天线区的保护
为不影响中波广播天线的覆盖面以及正常传播，应对中波广播天线区采取保护措施。为此，国家也出台了相关规定对中波广播天线区进行保护。建设楼房应远离天线区，因为中波广播波段的波长比较长，拥有较强的电磁波绕射能力，其传播的距离也较远。一旦在天线区或周围建造高楼，会影响电磁波的辐射场型，减弱中波传输时的绕射能力，从而影响了中波广播的无线电波传播。中波无线电波采用地面波的形式进行传播，为此，可利用菲涅尔区理论进行解释。以收发天线两点作为焦点，所在的椭球空间区域即为菲涅尔区。
椭球区域比较狭长，椭球的短轴比较小，可将其视为Y轴，椭圆的长轴可视为x轴，根据菲涅尔区理论，电场沿着Y轴进行传播可忽略不计，可认为仅沿着x轴传播，即沿着地面传播。地面波的传播特性受地面菲涅尔区域内的地质电参数影响，如天线区建筑物的距离、导磁率、土壤导电率、地形特等。为此，可例举一个简单的例子说明遮挡物对发射天线的影响。若用手掌遮挡蜡烛光亮，越靠近蜡烛，遮挡的光亮面积就越大。建筑物影响天线电磁波的原理也与之类似。建筑物越接近天线区，就越会阻挡电磁波的传播。因此，我国对中波广播天线区进行保护时，规定建筑物与天线的距离至少为：d=250+h/sin3°，其中，d表示建筑物与天线的距离（m），h表示建筑物的高度（m）。
3.2 对天线区周围人群的保护
为防止天线场区对周围的人群造成电磁污染而危害身体健康，需对天线区周围的人群采取必要的保护措施。一般来说，在距离天线250m内的地区属于0.5λ天线近场区。该区域内存在电磁辐射能，包括天线发射出的电磁能以及返回场源的电磁能。这些能量能在磁场与电场间进行交换，同时也能与发射场源进行交换。这些电磁能受高频电流和电荷的控制，并形成强磁场和强电场，存在于天线附近，称为电磁感应场，也叫近区场。该区域属于强电磁污染区，会给人体造成很大危害。我国也在相关的文件中规定，禁止在该区域内进行施工、建设、居住、生产等活动，以防止对人体造成的严重伤害。根据GB9175-88环境电磁波的卫生标准，规定中波电磁波的容许辐射强度标准为：①一级标准，即安全区（能够在此环境下长期生产、生活、居住，不会影响人的身体健康的区域），电磁波容许辐射强度小于10v/m；②二级标准，即中间区（在此环境下长期生活、居住可能会造成身体伤害的区域），电磁波容许辐射强度小于25v/m。在中间区域可以建设机关或工厂，但不能建设住宅、医院、学校等。以中小功率的中波发射台10kw功率为例，安全区的计算可使用以下公式：E（mv/m）=300・F，其中，E表示安全区与发射天线的距离长度；P表示发射机功率（kw），G表示相对于接地基本振子的天线增益（dB），f表示与发射天线的距离（Kw），F表示地面衰减系数（取1.41）。总之，距离中波发射塔越远，居住越安全，对身体的伤害也越小。
4 结语
综上所述，中波广播发射天线属于广播电视重要的发射设备。了解中波广播发射天线的原理，对于提高天线的发射质量有重要作用。同时，对缓解场区与城建之间的矛盾也有积极意义。另外。广电和政府部门应加大对天线场区以及天线区周围人群的保护，以保证中波广播天线的正常发射和保护人们的生命财产安全。
参考文献
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作者单位
耿马中波台 云南省临沧市 677500
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