摘 要：中波广播发射天线的辐射场强与天线形式、发射频率、地网优劣、匹配好坏、地导系数、传播路径、地形地貌等诸多因素有关。笔者从中波发射天线的基本构成和传播原理入手，详细分析了影响天线辐射效率和中波场强的主要因素，阐述了维护和保护好中波发射天线、天调网络、馈线、地网等设施的重要性和必要性。现在许多中波发射台面临搬迁，在发射台选址、天线选型时要尊重科学，要从广播的覆盖效果和城市电磁环境等因素综合考虑，要兼顾社会效益和经济效益。
关键词：辐射效率； 场强； 辐射电阻； 地网； 地导系数； 传导电流
中波发射天线的辐射场强与天线形式、发射频率、地网优劣、匹配好坏、地导系数、传播路径、地形地貌等诸多因素有关，判断发射效果的好坏没有简单的办法。长期以来一些发射台形成了一种只重视机器，不重视天馈线系统的倾向。孰不知，没有足够的场强作保证，发射机指标再好、效率再高，收音机也听不出好的效果。随着经济的发展和城市规模的扩大，原本城郊的中波发射台已逐步被城市建筑所包围，天线场地、地网遭受蚕食、侵占、破坏的事情时有发生，许多中波发射台面临被迫搬迁的问题。这些都严重影响了中波广播发射天线的辐射效率，大大降低了中波广播的覆盖效果。本文从中波发射天线的基本构成和传播原理入手，分析影响中波发射天线辐射效率和场强的主要因素，阐述维护和保护好中波发射天线、天调网络、地网、场地等设施的重要性和必要性。强调在发射台选址、天线选型等方面要坚持原则，尊重科学，要从广播的覆盖效果、城市电磁环境等因素综合考虑，要兼顾社会效益和经济效益。1中波天线的形式和基本构成中波沿地面传播时损耗较小，传播距离较远，所以中波主要靠地波传播。沿地面传播时垂直极化波的损耗低于水平极化波的损耗，因此中波广播发射天线通常采用垂直极化天线。中波发射天线最初采用Τ型、Γ型和伞型天线，现在多采用均匀截面拉线式或自立式铁塔天线。如图一所示。
中波广播天馈线系统一般包括：铁塔、天调室（天线调配网络）、馈线和地网等。如图二所示。
中波天线以馈电方式可分为并馈式和串馈式，如图三所示。串馈式主要用于底部绝缘的铁塔天线，如桅杆拉线绝缘天线、绝缘自立塔等（图一所示）。并馈式主要用于塔体直接接地天线。并联馈电的优点是底部不用绝缘子，可以简化防雷设施，减少拉线，从而减少了方向性畸变，但它的主要缺点是天线底部电流大。
目前国内出现了许多中波小天线，有锥面顶负荷式、谐振腔式、曲线式、双锥式等。这些小型天线大多是利用了天线的不同加顶原理，在减少了天线占地面积的同时也降低了天线的辐射效率。所以在选用小天线时要根据台站具体情况，综合各方面因素，权衡利弊、慎重考虑。2影响中波天线辐射效率的因素
中波垂直天线的损耗包括导线损耗、地面损耗和绝缘损耗。导线损耗也叫铜损耗，它和绝缘损耗一般较小，可以忽略不计。所以，中波垂直天线的损耗主要是地面损耗。地面是中波天线电流回路的一部分，如图四所示，IP为离天线底部距离P处的总径向电流，IA为天线输入点的电流，Iε为位移电流。输入天线的射频电流通过空间的位移电流，地面的径向电流构成回路。天线的高度不同时，地电流在径向距离不同处的分布情况也不同。天线高度H低时，径向距离近处的地电流大，且天线辐射电阻小。在P=λ/2附近（λ为波长），不论H为何值，IP都趋于一固定值。在P>λ/2的区域，则属于辐射场，其损耗属于传播损耗。发射天线的效率即辐射效率，是衡量天线将高频电流转换为电磁波能量的能力，是天线的辐射功率Pr与输入功率Pi之比。即：η=Pr/Pi= Pr/（Pr +PL）式中PL为天线损耗功率（主要是地面损耗，绝缘损耗和导线损耗可忽略不计）。设天线电流为IA，辐射电阻为RA，损耗电阻为RL，则：η=Pr/（Pr + PL）=RA /（RA +RL）由上式可以得出，提高天线辐射效率的途径有两个，一是提高天线的辐射电阻RA。二是减小地电阻RL。3提高天线辐射效率的途径3.1增加天线的有效高度，提高天线辐射效率
天线的高度决定了天线辐射电阻RA的大小，所以为了增大辐射，就要设法提高天线高度。中波发射天线一般采用1/4λ～1/2λ桅杆拉线铁塔天线，根据频率其高度一般在60～150 m左右。中波天线的辐射场强水平方向图为圆，垂直方向图与天线的高度有关。中波天线存在天波和地波两种辐射，为扩大服务范围，我们希望在地平面上的场强愈大愈好。但当天线高度超过λ/2 时开始出现副瓣，在较近距离处就有天波，从而形成干扰地波的衰落区。图五为天线的相对高度（h=H/λ）等于0.3、0.5、0.64、0.7时的辐射场型图。如图所示，当天线高度大于0.5λ时出现副瓣。随着高度的进一步增加，副瓣的辐射能量也增加。天线高度等于0.64λ时，地面场强达到最大值，但对于中波天线而言，并不单纯追求地波辐射最强，还要考虑高仰角辐射时天波引起的衰落区远近的问题。对推远衰落区最有利的天线高度是0.53λ。通常为了提高天线的有效高度，采用的办法是在天线末端加顶。加顶的作用是提高电流分布的腹点，从而增大辐射。同时，还可以加大天线对地的电容，使电流分布均匀，提高辐射电阻，提高天线辐射效率。3.2减小地面损耗，提高天线辐射效率
由于地面损耗主要集中在天线底部。为了提高天线的辐射效率，最有效的办法就是铺设地网。中波天线的地网是以铁塔底部中心为圆心，用φ2-3mm的铜导线或铜包钢材料，以放射状均匀向外敷设。数量根据土壤地导系数及地形情况，一般为60∽120根，长度根据铁塔高度、地面状况、土壤性质和面积，一般为0.3λ∽0.5λ。地网埋设深度对减少地损而言越浅越好，但由于占地较大，为了保护导线，适于地面耕作，地网埋没的深度一般在 0.2 到 0.5 米之间。如图六所示。在小于0.5λ的区域为天线电磁感应或谐振场区，损耗与地网关系甚大，而大于0.5λ的区域为辐射场，其损耗是传输损耗，属于电波传播的损失，与天线的效率无关。地网敷设质量的好坏，直接关系到天线的辐射功率和播出质量。地网一旦埋人地下，就成了永久性的隐蔽工程。地网如果出问题，不仅维护艰难，而且很难判定故障点。所以整个敷设地网工程，必须认真做好每一环节，确保工程质量。3.3提高天馈线匹配程度以提高天线辐射效率天线的输入阻抗是一个复数，Zin= Rin+Xin。天线底部输入阻抗的大小主要取决于天线的高度，同时也影响天线效率。天线的特性阻抗与天线的形状、尺寸、工作频率、周围环境等因素有关。当天线的特性阻抗与馈线的特性阻抗相等时，称为阻抗匹配。这时天线系统的辐射电阻和损耗电阻正好吸收了传输系统馈送的全部功率。天馈线不匹配，造成电波从天线系统反射回传输系统，反射的电波信号由于来回反射被损耗掉，造成传输效率下降。所以，提高天馈线匹配程度也是提高天线辐射效率的主要途径。4影响中波场强的因素中波辐射场强的大小和地表结构以及发射机的工作频率有着直接的关系。开阔的视野和潮湿的地面具有良好的地导系数， 有利于中波广播的传播。4.1地导系数对场强的影响
地导系数即大地的电导率。地导系数的大小和地表结构以及湿度、温度等有关。描述大地电磁性质的主要参数是介电常数ɛ、电导率σ和磁导率μ。地表结构不同的地区有不同的大地电导率， 即使在同一个地区电导率也随降雨量的多少和地下水位的变化而变化。地波的辐射损耗和地表的电导率有很大的关系，地面土壤导电不良引起的损耗是相当严重的。电导率越大，地电阻越小，地面的导电性能愈好，电波传播损耗也越小。如表一所示，电波在海洋上传播损耗最小，在湿土和江河湖泊上的损耗次之，在干土和岩石上的损耗最大。从表一中可以看出海水的电导率最大，而干土较小，在相同的距离，随着地导系数的变小场强随之变小。因此电波在水面上的传播要比在陆地上传播得远；电波在潮湿土壤上传播要比干燥、沙质土壤传播得远；电波在平原上传播要比丘陵或山区传播的要远。4.2工作频率对场强的影响
地波的衰减与波长的关系甚大。对于不同的波长，土壤有不同的电气性质。同样的土壤，对于某些频段可以看成是良导体，而对另外一些频段却可以看作绝缘体。当电波在土壤中传播时，土壤中同时存在传导电流和位移电流。传导电流的大小和土壤的电导率成正比，传导电流Ir与位移电流Id的比值为Ir/Id=60λσ/ɛr，故Ir/Id∝1/f，而位移电流和频率成正比，即频率越高，位移电流越大。当物体中传导电流比位移电流大得多时，此物体的电气性质是导体，大于50倍以上可以看作良导体。二者相差不大的叫半导体。反之，当位移电流比传导电流大得多的叫电介质，无限大时叫绝缘体。表二给出了各种土壤在电波作用下，比值Ir/Id随频率而变化的关系。由表二可以看出，对海水来说，在中波波段它是良导体，而对几百兆赫的分米波它是半导体。在中波波段湿土和干土的电气性质将由导体过渡到半导体。所以，对于相同功率等级的中波发射机而言，工作频率越低，辐射场强的抗衰减能力越强，且沿地面绕射传播的能力也越强，覆盖半径就越大。反之，工作频率越高，中波的覆盖半径就越小。4.3山峰对场强的影响地波沿地面传播，绕射能力取决于波长，波长越短，沿地面绕射传播的能力越差。在山区，电波传播受到地形的影响，许多山峰的高度都接近甚至大于中波的波长，因而对于沿地面传播的中波会产生明显的阻挡作用。山峰的阻挡作用使中波沿地面传播的衰减率增大，场强减小，传播
距离也减小。波长越短， 山峰对地波传播的阻挡作用越明显。同样的发射台，建在海边、平原、山区，收听距离会明显减小，收听效果也会大打折扣。图七是用飞机测量的中波场强大小随距离变化的曲线。可见， 山峰使中波场强明显减弱。5结束语综合上述分析可以得出，要提高中波广播的播出质量，不仅要维护好信号源系统和发射机系统，还要维护和保护好天线系统、匹配网络、馈线、地网等设施。要提高中波广播的覆盖效果，就要充分考虑天线形式、发射频率等因素，要合理安排天线，对频率较低的设备可选用较高的天线或加顶比较长的天线，对于相同高度的天线，可以把地网较好的天线用于工作频率较低的设备。天线选型要尽量选用有足够高度的辐射效率高的天线，发射台搬迁选址，要结合当地的地质情况，选择开阔的地形和导电性能好的潮湿地区，这样在减小地网投资的同时，还可以提高中波广播的覆盖效果。
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