天线地网改造分析

天线地网改造分析

摘要：为进一步提高中波发射信号质量，机房对1008KHz 发射机地网进行改造，本文简述了地网敷设方式以及其敷设的重要性，通过理论分析对本次地网改造进行了技术论证。

关键词：天线；地网；辐射场强；辐射效率；地损耗

1 改造背景

随着城市化建设步伐的不断加快，四号中波发射台已经由原来的城市边缘变为城市中心，发射场区被周围新建的高层住宅以及厂区内日渐茂盛的树木所包围，为了进一步提高中波发射信号质量，增强辐射强度，扩大辐射范围，达到收听效果优质的服务要求，遂我们机房对1008KHz发射机的地网进行全面的改造。

2 地网敷设

1、中波广播传播的特点

中波广播频段的传播主要有天波和地波两种形式，主要以比较稳定的地波为主。另外，中波因为频率较低，会使得地波随着传播距离的增加而逐渐的减弱，但是减弱的速度较慢，会形成一个比较稳定的中波广播的信号接收服务区。地波服务区在数十公里至上百公里，地波服务的信号强度比较

稳定。在沿地面传播中，垂直极化波的损耗低于水平极化波的损耗，所以地波服务的中波都采用垂直极化天线，以获得垂直极化的地面波。

2、敷设地网的重要性

在发射机功率和天线高度确定的条件下要想提高天线

辐射场强，就要提高天线辐射效率，而影响辐射效率的主要因素是天线损耗。天线的损耗包括导体损耗、绝缘子损耗、地损耗。由于导体损耗、绝缘子损耗与地损耗相比极小，可忽略不计，因此我们只需要考虑地损耗的影响。而减少地损耗的方法是在天线底部敷设地网，良好的地网能为天线电流回流过程提供一个良好的通路，这样就相当于在大地和天线之间跨接铜线，地损耗就会变小，天线辐射效率也随之增加，场强增大。所以设计、敷设一个标准的地网，能减少地损耗，提高中波天线效率，扩大覆盖面积。

3、敷设地网的方法

地网是以发射塔底部中心为圆心，以扇形状均匀向外敷设，用φ2mm ～φ3mm 的铜导线每隔3°向外敷设一根地网线，数量为120根，地网的埋设深度一般为30cm ～50cm，以不受破坏为原则。

3 地网不良的主要表现

1、天线辐射能量有一部分损失在地面造成发射功率不足，覆盖范围缩小。

2、主电场与副电场相位不一致，覆盖区域变化、需覆盖的区域覆盖不了，不需覆盖的区域又可收到信号。

3、天线的辐射阻抗和输入阻抗也发生变化，使阻抗不匹配，给天线与馈线之间的匹配造成很大困难。

4、在发射天线接地端，如配备的安全地网不合标准，易造成发射机设备遭雷击。

为了提高天线的辐射场强，提高覆盖范围，就必须尽量减小天线损耗，因此天线地网的建设不可小视。

4 地网改造理论分析

当某地区的有效地导系数为已知时，在距离发射天线r （km）处场强可由下式决定：

E（r）=E0（r）+P +GT （1）

E（r）：在距离r（km）处的场强值；E0（r）：1kw有效单极辐射功率时在距离r处的场强值；P：发射功率；GT：天线增益。

由上式可知，发射功率一定，提升天线增益，场强随之增大。而天线增益和天线辐射效率有关。天线增益（GT）是天线理想增益（G0）与天线辐射效率（η）的乘积，如下所示：

GT=G0 xη（2）

天线辐射效率（η）是天线辐射功率（Pr）比上天线辐射功率与天线损耗功率（PL）之和，如下式所示。

η= Pr / （Pr + PL）（3）

在辐射功率恒定的条件下，损耗功率（PL）的大小直接影响天线效率（η）。综合公式1，2，3可得出，降低损耗功率（PL）可提高天线辐射效率（η），辐射效率（η）提高天线增益GT随之增加，从而达到提升场强E（r）的目的。

将公式3展开，得η=I2Rr/（I2Rr+I2RL），可得

η=Rr / （Rr + RL）（4）

将公式（2）代入公式（1），可得

E（r）=E0（r）+P+ 10logG0 + 10logη（5）

将公式（4）代入公式（5），可得

E（r）=E0（r）+P+10logG0+10log[Rr/（Rr + RL）] （6）设改进前后的E（r）为E（r）前和E（r）后，则前后两次的增益就可以通过公式（6）求得

E（r）后―E（r）前=10log[Rr/（Rr+RL后）]-10log[Rr/（Rr+RL 前）]=10log[（Rr+ RL前）/（Rr+RL后）] （7）

由于地损耗电阻计算公式为

将相关参数带入上式，可求得相应的地损耗电阻RL，再将其带入公式（7）可计算出增益变化。

以塔高76m的轻型塔为例，天线辐射电阻为36.6Ω，地网半径r为55m不变，提升地网根数N，从120根增加至240根，降低了地损耗RL，从0.78

Ω降至0.25Ω，天线辐射效率η从94.80%提升到99.30%，对于提高天线辐射效率η是有效果的，本次机房地网改造是有可实施性的。

5 地网改造具体实施

根据上述理论分析为依据，本次改造机房在原有的120根铜线地网基础上又加密铺设了120根铜导线，铺设方式为与原地网交错铺设，埋设深度为30cm，将这120个导线端点均匀焊在一条铜带上，再将铜带的两端与天线塔底两个地级进行焊接，以形成良好的传递渠道。除此之外，还将塔底生长较为茂盛的树木进行了消冠处理，最大限度降低树木遮挡造成的影响。这样会有效地提升中波广播发射的范围，提高信号接收的质量。

本次改造以理论分析指导具体实践，通过加密地网敷设的方式来降低地损耗，提高天线辐射效率，达到提升中波广播发射的范围和提高信号接收质量的最终目的。

6 结论

由于四号机房面临着搬迁扩建的问题，所以本次地网研究分析不仅为1008KHz发射机地网改造提供了理论依据，也为今后新发射台建设时，地网的敷设方式和具体的敷设参数选取提供了理论指导，所以本次研究是有着实际应用意义的。随着城市化建设的不断加快，中波广播发射的效果会受到各方面的影响，我们一定要根据中波广播传播的特点查找