三种中波天线的使用与性能比较

三种中波天线的使用与性能比较

庄涛卢光辉冀晓鸽

摘要：中波发射天线作为广播信号发射的重要载体,给我国广播事业的发展做出了巨大的贡献，随着新型数字固态中波广播发射机的全面普及，与之配套的新型天线也在逐步问世，中波天线的小型化解决了土地资源紧张、建设费用巨大、日常维护费用高、电磁波污染、高架塔体易遭雷击及塔体自身安全等诸多问题。本文结合我台实际情况，对三种中波天线的结构特点、电气性能、使用条件进行了详细的介绍与论证。

关键词：中波天线结构特点电气性能优劣论证

近几年，我台在原有一座120米桅杆式拉线天线的基础上，新增120米自立天线、33米锥面顶负荷小天线各一座，两座天线投入使用都超过一年以上，发射效果良好，性能稳定，现就三种天线（参看三种天线实物照片）的使用情况和性能、特点作一比较。

（桅杆式天线）（自立塔天线）（锥面顶负荷小天线）

一、天线的结构特点与使用条件

1、桅杆式中波天线

这种天线为传统的中波天线，根据使用频率其高度一般在60 ～ 150m 左右。边宽为

0.5～1.5 m，主体由若干节的正三角椎体组成，120米桅杆式天线上下共有9根拉线，每三根与另外三根的夹角为120°，底部是桶形高频瓷质绝缘体，在保证能承受上百吨的压力外，绝缘体每厘米还要能承受1KV以上的电压，为保证辐射效果、提高辐射效率，必须以天线塔体为中心铺设直径约0.3～0.5 λ的辐射状地网，如果要达到理想的天线效率，这种天线需占地70～150亩，由于这种天线受传统设计理念所限，再加上宽松的土地政策，结构相对简单，线性好，容易与输入网络匹配等优点，自上世纪六七十年代至今，大部分中波台站都在使用这种天线，但是，随着时代的发展，这种天线与土地资源的紧缺矛盾日益凸显。在摈弃传统天线占地面积大，打破传统天线设计理论束缚的基础上，人们采用新的设计理念，在不断实践的基础上，相继研制并开发了几种新型中波天线。

2、自立式中波天线

120米自立天线，底部为边宽十米的的等边三角形，天线主体仿电视发射塔结构，底部采用钢筋混凝土做基础，三个塔基分别安装三个高绝缘承重瓷质底座，与镀锌钢件有机结合。

自立天线的特点是省去了占地很大的拉线，由于天线主体相对传统天线大得多，所以频带比较宽，抗干扰性比较强，地网埋设相比桅杆式天线面积小的多。

3、锥面顶负荷套筒式中波小型发射天线

其高度为33米,地网半径7m,底部由两节8米的整体镀锌钢结构圆筒体组合而成，中间（16米处）是桶形绝缘体，绝缘体与椎体中间是13米的发射体，顶部斜面是7米的锥体，此种小天线占地面积很小，塔基加地网半径11.2米，约合0.8亩，小天线的拉线可有可无，相比传统桅杆天线和自立天线，大大节约土地。

新型锥面顶负荷套筒式中波小型发射天线，在研制过程中，利用锥面缓变原理，降低终端反射和谐振频率，使天线的长度变小，也不影响天线的效率；利用天线长细比原理，降低阻抗的变化率，提升天线带宽；由于顶部锥体比较大，对地形成一定的电抗，提升了容抗，使天线的谐振点下移，从而有效的降低了天线的高度，斜面是7米的锥体其有效谐振高度为40米左右，加之垂直发射体高度，天线有效高度近似为76米高塔左右。

二、天线电气性能的比较

1、天线的效率

天线的效率是天线的辐射功率与馈给天线的输入功率之比，公式为in P P γη=

（η为天线效率，P r 为天线的辐射功率，Pin 为天线的输入功率），当天线的长度可以和工作波长相似时，天线的效率一般是比较高的，但一般很难做到。由于拉线塔和自立塔天线高度可以做到

工作频率的14λ至12

λ，所以这两种天线的效率相对高一些，如果再加设合适的地网，效率可以到达85%至90%。锥面顶负荷小天线塔高33米，加上理论上椎面谐振高度也只到76米，所以天线的效率不及前两种天线。

2、天线的特性阻抗

中波天线的输入阻抗是天线的重要参数，它决定了天线匹配网络形式的选择以及匹配元件参数的大小。由于中波铁塔天线结构复杂，天线物理尺寸较大，分布电容不可忽略，理论计算时会遇到很多困难，因此，很难找到计算出的实际的中波天线输入阻抗数据，图表一是我台三种天线输入阻抗实测值，并按照天线在各种频率时的阻抗值，绘制了三种天线阻抗的特性曲线（实部图表二，虚部图表三），通过图表可知，三种中波天线的输入阻抗不尽相同，传统的桅杆式天线的阻抗特性较自立天线和小天线好，有较高的输入阻抗，在不同频率范围

内，阻抗曲率变化较大，在1008KHz附近，阻抗达到700Ω左右；自立天线略逊于桅杆天线，阻抗变化曲率比较小，在中波低频段，两种天线的阻抗都比较低，最高值都在1000KHz附近。与前两种天线相比，锥面顶负荷小天线的输入阻抗较小，在整个中波频段内，阻抗变化曲率很小，基本上是一条直线。

三、天线的发射效果

我台三种天线所发射的频率分别为1143KHz、603KHz和747KHz，对应天线为120米拉线塔、120米自立塔和33米锥面顶负荷小天线，发射功率都是25KW，在功率相同的情况下，我们对所在覆盖区域内的场强进行了测试，图表三是三种天线在覆盖区域所测得场强对照表，通过图标可知，三种天线在覆盖区域内的场强基本相当，近中远场区场强及场强衰减平稳，100公里内三种天线的场强基本一致。

考虑到各发射台所处地理位置和所受气候影响的不同，以及天线周围环境的不同等原因，同一型号同一高度的天线，在不同的发射台，其分布电容有一定差异，因此，其电气参数也略有差别。以上参数仅供参考。

结束语

综合分析，三种中波天线的结构、电气特性以及使用条件各有优劣，传统的桅杆天线，结构相对比价简单，频带宽，增益和效率较高，易于与输入网络匹配，但是地网、拉线占地面积大，维护费用高，存在着较大电磁波污染、雷击概率及塔体自身安全等因素，在土地资源日益紧张的今天，已逐渐被各种新型天线所取代。自立塔天线的电气特性阻抗与桅杆天线相似，由于天线辐射体较大，不需要拉线，所需的地网亦可大大缩小，同样易于与输入网络匹配，但是自立天线结构复杂，建设费用高，不易维护，因此仍不是中波天线的最佳选择。锥面顶负荷小天线的结构较自立天线简单，塔高仅33米，占地不足一亩，基本上解决了用地紧缺的问题，建设费用较低，易于维护，但是由于小天线正处于研制发展的初级阶段，在电气特性、与输入网络及设备匹配和工作稳定度方面有待于进一步改进。