中波天馈线系统

中波天馈线系统
中波天线是将中波发射机输出的高频电能转换为电磁能并以电磁波的形式向空间辐射的装置。

馈线是射频功率传输的通道，有了中波天馈线系统，发射机的功率能量才能向外传播，才能为覆盖区域提供服务，中波天馈线系统的好坏，直接影响播出节目的质量，天馈线系统的技术维护与发射机维护同等重要。

第一节 中波天线的基本特性参数
一副设计适当的中波天线，是整个发射系统以优异性能工作的必要条件，衡量天线工作指标优劣的依据是天线的各种特性参数，中波天线的主要特性参数有：输入阻抗、天线效率、天线增益、极化方式、频带宽度和天线的方向性。

一、天线阻抗
天线的输入阻抗是从天线的馈电点向天线方向所呈现的阻抗。

是天线馈电点的电压和电流之比，即：
其中Z in 为输入阻抗，U in 输入点电压，I in 输入点电流。

输入阻抗通常有电阻R（实部）和电抗X（虚部）两部分组成，电抗部分为正时，天线呈感抗，为负时呈容性。

二、天线的效率
天线效率指天线辐射功率Pr 与天线输入功率P in 之比，即：
其中 为天线效率，Pr 辐射功率，P in 输入功率。

当天线的高度和工作频率的波长相等时，天线的效率是较高的，但是这样的天线高度很难做到，通常是采用尽量高的天线（1/4λ或1/2λ）和铺设良好的地网来提高天线的效率。

三、天线的增益
定向天线与标准全向天线相比较，在给定的目标上产生相等的场强条件下，其数值等于无损耗的全向辐射的总输入功率与被测天线总输入功率之比的分贝
值称天线增益，分贝数越大，则增益越高。

天线的增益系数等于方向性系数和天线效率的乘积，即（D的单位为dB）。

四、极化方式
天线的极化是指在电波的最大辐射方向，电场矢量所指的方向。

按电场轨迹可分为线极化和圆极化。

线极化又可根据电场矢量方向与地面关系分为垂直极化和水平极化，中波天线是垂直极化天线。

五、频带宽度
天线工作频率范围内，能够满足一定技术指标的频带范围称为频带宽度，在频带范围内，天线的增益、方向、阻抗都能满足设计要求，中波天线的频带宽度应大于50KHz。

六、天线的方向性图
天线在空间上辐射能量的分布图形称方向性图，以场强的振幅E（v/m）表示，方向图通常用球坐标系和直角坐标系两种方法来描绘。

第二节 常见中波天线的类型
目前，常见中波发射天线有桅杆式拉线天线、自立塔天线、新型锥面顶负荷中波小天线等几个类型。

如图9.2.1为几种天线的照片。

一、常见天线的结构特点
（一）桅杆式拉线天线
一、常见中波天线的结构特点
（一）桅杆式天线
桅杆式拉线天线是传统的中波发射天线，上世纪中期，中波天线绝大多数采用桅杆式天线。

桅杆天线塔身就是辐射体，塔体下端有绝缘座，绝缘座一方面把塔体与大地绝缘开来，绝缘度要达到要求；另一方面还要能承受塔体重量。

76米以上的桅杆塔一边需要三级拉线（三边九根），确保塔体垂直稳固。

桅杆天线的横面通常用60cm～100 cm的三角钢焊接而成，为了安装运输方便，整个塔体由若干节4～6米不等长度的塔节组成。

拉线为带绝缘子的镀锌不锈钢钢绞线，在保证稳固塔体的同时，还保证塔体与大地的绝缘。

（二）自立塔天线
自立塔中波天线的塔形采用抛物三角形，天线主体仿电视发射塔结构，运用三角形的稳定性原理实现塔身自立，省去了天线拉线，节省了天线地面安装面积。

每个塔角底部用一特制的绝缘支座与地基基础相连，绝缘支座不仅要有一定的绝缘度，而且还要有足够的承重强度，是发射天线最为关键的部件。

（三）锥面顶负荷新型中波小天线
锥面顶负荷中波小天线是最近几年开发利用的新型天线。

天线利用天线体比例和锥面缓变原理，降低终端反射和谐振频率，降低阻抗的变化率，提升天线带宽；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，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、常见天线的性能比较
表9.2.1是三种中波天线在结构、特性及占地方面的对比情况。

三、天线的选择
选择中波发射天线的种类关系到发射效率、播出节目质量的好坏，因此如何选择发射天线是至关重要的。

另一方面选择天线还要根据自台实际情况，结合土地条件、资金状况、环境等诸多方面的情况。

如果有足够土地资源的，可优先选用传统的桅杆式天线，因为桅杆天线建造成本低，安装方便，容易校偏，特性参数也比较好；如果土地资源受限，资金充足的话，可选用自立式中波天线，它通过自身结构实现自立，不需要占地较大拉线和地网，外形美观，特性参数好，工作也比较稳定；如果发射台处于城市市区或居民稠密区，地面资源很有限，就选择新型中波小天线，小天线特性参数和工作稳定度虽不如传统的桅杆天线和自立天线好，但小天线布点灵活、费用低、安装方便、易于维护、占地面积很小，而且干扰也小。

在土地、空间严重受限的城区使用也不失为一种权宜之计。

表9.2.1
第三节 地网、地井
地面是中波天线接地回路的一部分，当高频电流流过地面时，会产生较大的损耗。

为了提高天线发射效率，就必须在地面铺设地网，由于地网的损耗主要在天线底部附近，距离天线越远损耗越小，因此地网的长度应以半个波长比较理想，但要做到0.5λ的地网半径存在实际困难，通常能做到0.25λ～0.3λ就不错了。

图9.3.1为某发射台120米自立塔天线地网的和地井的埋设方法。

一、地网的埋设
地网的埋设是以中波自立塔天线（塔基中心）为圆心，在有效工作频率
0.25-0.5倍波长的半径圆内，射状地向外均匀敷设120根（每根间隔30)直径3mm的铜线，埋设深度30～50cm，如果上面有耕种，深度要加深到50～60 cm。

相邻线的夹角应尽量相等，地网内环是紧贴并环绕三个塔基座的双环线，与三个塔基底部的铜皮焊接在一起。

地网外环也为双线圆环，内环向外环方向伞状铺设120根铜线，每根铜线均与内环线焊接在一起。

二、地井的建造
为了减少地网的接地电阻，提高防雷效果，在天线基座的正中间和四周分别建造五个地井，塔基中间的地井与塔基铜皮焊接在一起，并与天线网络调配室的屏蔽焊接在一起，四周的地井也分别与外环铜线焊在一起。

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，表面就看不到工程质量，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，即使是1个扎头，1个焊点，也都要做到十分可靠，确保整个工程质量。

第四节 馈线
中波馈线是指用来传送发射机与天线之间电磁能量的传输线。

一、多线式馈线
现在大功率发射机和较早时期的发射机使用这种馈线，这种馈线使用一定数量（一般为六线）的铜导线组成内导体和外导体，内导体为高电位段，外导体为接地端，如图9.4.1为多线制馈线架设示意图。

外导体与与馈线杆上的地线联在一起，既有屏蔽作用，又有良好接地作用。

多线式馈线的阻抗有230Ω、150Ω、100Ω、75Ω、50Ω几种，供不同输出阻抗的发射机使用。

二、同轴电缆馈管
常用的SDY 系列是一种聚乙烯螺旋绝缘型同轴电缆，阻抗有75Ω和50Ω两种，注意与之配套的电缆接头也有75Ω和
50Ω之分，不能混用，否则影响正常
指标。

同轴电缆一般在50KW 以下的发射机射频功率传输系统中使用。

同轴电缆的外形如图9.4.2。

1. 同轴电缆的命名和型号
较常用的同轴电缆为SDY 系列，SDY 系列同轴电缆型号意义如下：S 代表同轴射频电缆，D 表示使用聚乙烯材料空气绝缘，Y 表示保护层为聚乙烯材料，后面三组数字分别表示阻抗、电缆外径和产品批次号。

比如SDY-50-80-3表示馈线阻抗50Ω、外径80mm、第三批次的聚乙烯射频同轴电缆。

按外径分，同轴电缆有15 mm 、22 mm、 37 mm、 40 mm、 50 mm 和80 mm 等多种规格，最常用的有50 mm 和 80 mm 两种。

2. 同轴电缆的主要特性
同轴电缆的主要特性参数有：特性阻抗、传输损耗及频率特性、温度特性、额定功率和最大耐压性。

（1）同轴电缆的阻抗特性：对于绝缘层为填满介质的同轴电缆，其特性阻抗为：
式中：W 为电缆阻抗；r 2为外导体内径，r 1为内导体内径；εr 为绝缘层的相对介质常数。

（2）传输损耗及频率特性：同轴电缆对信号的损耗取决于两个因素，一是外导体表面的高频电流在表面电阻的损失；二是内外导体之间绝缘材料的高频损
耗。

同轴电缆对信号的损耗与工作频率有很大的关系。

（3）同轴电缆的温度特性：当外界温度改变时，同轴电缆的内外导体尺寸和电阻率都会变化，因而电缆的电气参数也会改变，铜导体随温度变化的规律是：温度每升高1度，损耗常数增加0.2%左右。

（4）同轴电缆的额定功率：额定功率分额定平均功率和额定峰值功率。

额定平均功率是指同轴电缆在匹配的状态下，不至于发射击穿，所能承受长期传输的最大功率。

额定峰值功率是指同轴电缆在匹配状态下，不至于发生击穿所能承受的最大功率，额定功率受同轴电缆内部发热所引起的温升限制，其最高温度不超过介质所能允许的长期工作温度。

（5）同轴电缆的最大耐压：阻抗固定的同轴电缆的最大耐压跟传输的最大功率有关，为了保证电缆在传输能量时，不被峰值电压击穿，应该是最大峰值电压不超过电缆规定的最大耐压值。

3. 同轴电缆的选择
选择馈管要考虑到特性阻抗、额定功率、频率损耗、最大耐压和发射机输出阻抗几个方面的因素，如果希望能承受较大的功率，那么其阻抗应选用60Ω的电缆为宜；如果希望耐压大的馈管，那么阻抗应选用30Ω的电缆为宜；如果希望传输损耗小的馈管，那么阻抗应选用75Ω的电缆为宜。

目前同轴电缆的阻抗大多以50Ω为主，是从功率、耐压以及温度特性方面综合考虑的。

选定了馈管以后，还必须选择配套的接头插座，因为馈管插头插座也有阻抗之分，不可混用。

第五节 匹配网络
在天馈线系统中，天线与馈线的良好匹配，可以使发射机输出的高频能量在馈线上得到有效地传输，在天线上得到最大功率的发射。

但是天线的输入阻抗并不正好等于馈线的特性阻抗，馈线需要与天线阻抗相匹配，传输效率才最高，因此，在馈线和天线之间，需要设置匹配网络。

一、匹配网络的作用
匹配网络最大的作用是实现馈线与天线之间的阻抗匹配，匹配后，天线将获得最大的不失真高频功率，并最大程度的将能量辐射到覆盖空间，同时也保证了发射机和整个系统的运行安全和稳定。

另外还有抑制射频倒送、吸收外来频率干扰和防雷的作用。

二、匹配网络的组成
基本型匹配网络由预调网络、阻抗匹配网络、移相网络、阻塞网络、吸收网络和防雷装置几个部分组成。

图9.5.1为基本型匹配网络原理图。

（一）预调网络
由于各频率在同一天线上参数值相差大，个别频率输入阻抗过低，不易于其它频率在馈点上匹配，因此在天线底部加上预调网络，其作用是平衡同塔频率在馈点上的阻抗匹配，减少各频率之间的设计难度，减少视在功率，同时还具有一定的避雷作用。

图9.5.1中L0、C0为预调网络，调整LO、C0相应提高或减少天线阻抗，使天线阻抗接近单频阻抗或兼顾多个频率在此天线上的阻抗，达到平衡阻抗的目的。

（二）阻抗匹配网络
阻抗匹配网络是整个网络中最为重要的环节，是为了保证馈线和天线阻抗匹配而设计的，常用的匹配电路有“T”型、“π”型和“ г”图9.5.1中由L3、C5组成倒“г”型匹配网络，调整L3改变阻抗的虚部，调整C5改变阻抗的实部。

（三）移相网络
由L4、L5和C7组成的L-C-L 型移相网络，其作用是将馈线送来的射频信号进行移相，使电流相位和电压相位产生相位差，目的是当雷电入侵天线时，由于电流和电压的相位不会同时到达发射机端，减缓了雷电对发射机功放管的破坏。

（四）阻塞网络
F
阻塞网络一是要通过本频信号，二是要阻塞其他频率信号。

图9.5.1中由
L1、C2组成阻塞网络，L1、C2并联谐振于共塔频率或附近较大功率频率，阻止这些频率通过网络反射到发射机，以免造成发射机工作不稳定或使发送出去的节目有干扰串音。

在设计阻塞网路时，如果需要阻塞的频率跟本频频率比较接近，就存在视在功率的问题，“杀敌一千，自损八百”，阻塞网络在阻塞别的频率的同时，也会损耗部分本频功率，如果视在功率比较大，会造成网络器件发热严重，阻抗特性偏移，造成整个网络工作不稳定，因此在设计阻塞网络时，应考虑视在功率的影响，提高网络器件功率冗余度，尽量减少视在功率对整个网络的影响。

（五）吸收网络
大多发射台站不止一个天线，也不止一两个频率，在设计天线匹配网络时，应考虑到本台其它频率或周边频率的影响，在匹配网络中，增加吸收网络可有效的吸收外部频率对本频率的干扰，图9.5.1中，L2、C1、C3组成吸收网络，L2、
C1串联谐振于需要吸收的频率，串联谐振后对谐振频率呈低阻抗，让干扰频率
由此入地（也称为陷波），同时L2、C1串联谐振后再与C3并联，谐振频率为主频率，并联谐振对本频率呈高阻抗，防止本频率损耗。

（六）匹配网络的防雷作用
天线及匹配网络容易遭到雷击，雷电会对匹配网络和发射机产生严重的破坏，减少强大雷击电流损坏的措施有：在接地方面，减少地网接地电阻，增加接地地井；在匹配网络中，防雷措施有：设置石墨放点球，增加微亨级电感，增加隔直流电容。

前面已经提到，L0、C0既是预调网络的一部分，也是防雷设置的一部分，
我们知道，雷电主要能量集中在低频和直流部分，电感对低频呈现低阻抗，因此在天线下面并联一个微亨级的电感，可为雷电提供一个泄放通路，同时由于电感对射频呈现高阻抗，平时不会造成射频分量的损耗。

至于电容C0，与电感相反，对低频和直流成分呈现高阻抗，在匹配网络串联电容，可最大限度的防止雷电能量通过匹配网络进入发射机。

由于是防雷器件，所以电容的伏安特性要好，耐压越大越好，C0的容量一般在1000PF～3000PF之间。

图9.5.1中G是一对石墨放电球，两个半球之间的距离可调整，调整标准以每公分1万伏计算，一般在2～3公分之间。

半球的一端接天线，另一端良好接地。

另外在接地端的铜管上串入40～50个高频磁环，磁环的作用是：天线遭受雷击时，能提高发射机短路射频阻抗，减少雷击对发射机的破坏。

三、多频共塔的设计原则
在中波广播发展过程中，随着土地资源和资金的限制，双频甚至三频共塔被广泛应用，如何做到两部或者三部发射机共塔且稳定发射，匹配网络的设计相当关键，匹配网络的设计应遵循以下几个原则：
（一） 匹配网络的设计必须和馈线的阻抗相匹配，并且有良好的通带特性，应将其它频率对本塔发射的频率影响降至最低。

（二） 在保证匹配网络能长期稳定工作的情况下，尽量简化设计，减少器件数量，这样做一是减少损耗，二是方便安装和调试。

（三） 多频共塔时各频点不宜太近，两个频率的比值不应低于1.25，虽然理论上不低于1.1就能实现匹配，但在实际调试时困难程度相当大，特别是在设计阻塞网络时，两个频率相互阻塞，无形中会增加视在功率，插入损耗增大，网络性能变差，发射机工作不稳定。

（四）在设计匹配网络时，应考虑到各器件电气参数的冗余量，天线匹配网络工作频率高，通带功率大，而且容易遭受雷击，因此在安装条件允许的情况下，应尽量使用电气特性好，耐压高的器件。

在使用电容时，如果单只电容满足不了耐压和功率要求，可采用多只电容串联后再并联，这样做可以提高电容的耐压和功率要求，减少发热量，延长使用寿命。

（五） 在设计阻塞网络时，对于阻塞频率的阻抗，应尽可能地趋向于无穷大，但这样的要求往往不能做到，出现主频损耗在所难免，当别无选择导致阻塞频率和主频率较近时，可考虑采用复合谐振阻塞网络。

阻塞网络是一把双刃剑，加入阻塞网络的好处是抑制了某个高频回馈，但阻塞网络对主频而言会呈现一定的电抗，而且上下边频处的电抗值会有所不同，也就是说经过阻塞网络后，主频的与上下边频会有电抗差。

边频差积累到一定的程度时，会对网络的稳定有影响，因此，在设计网络时，一是尽量让主频远离阻塞频率；二是阻塞网络应尽量少，最多不超过两个。

（六） 边带反射的因素，众所周知，不同的工作频率阻抗是不同的，即使是同一频率的载频和边频处的天线阻抗也不同，同样，阻塞网络、吸收网络，匹配网络在载频和边频处的阻抗也不同。

上下边频处总会不可避免地产生差异，并由此产生反射。

边带反射的现象是：发射机开机载频正常，当有调制时，反射功率表会随着调制信号起伏变化，严重时会出现报警和降功率。

基于上述原因，在设计匹配网络时。

应将抑制边带反射的因素考虑进去，防止边带反射的措施有：用较高的天线发射低频段频率；给天线加顶提高发射效率；选用低Q值的网络作为匹配网络。

（七）当本台其它频率与主频率接近或频差小于300K时应增加吸收网络。

吸收回路的串接方式是：当干扰频率大于主频率时采用并联谐振串电感的连接方式；当干扰频率小于主频率时采用并联谐振串电容的连接方式。

（八）在设计匹配网络时，还应考虑到网络的散热问题，众所周知，由于不可避免的功率损耗，在相对有限的调配室内，温升问题特别突出，在炎热的夏季，有些散热不好的调配室温度最高可达75度以上，室温这么高，网络器件的温度就可想而知了，部分温度特性不好的器件电气参数会发生变化，造成整个网络匹配不好，发射机驻波增大，反射功率增大，工作不稳定。

因此，应采取有各式各样有效的通风降温措施，保证匹配网络的稳定性。

第六节 天馈线系统的测试
学会用网络矢量分析仪测量天馈线系统，有助于设计、安装、维修和改造天馈线系统，是中波发射台技术人员应具备的技能。

下面是天馈线系统几个重点部位的测试方法。

一、天线的阻抗测试
在整个中波频段，天线对不同的频率具有不同的阻抗，这是由天线固有特性决定的，在设计天线网络之前，必须对天线阻抗进行测量，应根据发射机载波频率在天线上的阻抗情况进行设计。

测量天线阻抗，可单个频率测量，也可对所有中波段的频率进行测量。

测量方法：在天线馈点上，网络矢量分析仪的接地端接在天线地网、地井和网络调配间屏蔽连接端，测量端接在从天线下来的馈线上。

对需要测量的频率阻抗进行测量。

二、预调网络的测试
双频共塔时，在预调网络测
试点处接入阻抗矢量仪，反复调
整L0、C0，使两个频率的天线等效阻抗值相等， 且与设计值相等，如图9.6.1。

由于天线阻抗误差
等原因，测量时一定要耐心、细致，力求准确，若测量结果与计
算结果误差较大时，必须重新修
改设计器件参数。

三、匹配网络的测试
匹配网络的测量调整可分为两种：
（一）冷调法：脱开馈线，在匹配网络的节点上，接入矢量分析仪，分别调整阻抗匹配网络LC器件，使输入阻抗为纯50Ω，然后接入馈线，稍微调整LC 器件，使馈线输入端阻抗也为50Ω。

（二）热调法：在冷调正常的情况下，开启两个发射机，观察两发射机反射指示，若反射过大，观察是它机泄露，还是本机反射，可根据实际情况，将网络参数作适当调整。

四、馈线阻抗的测试
在发射机输出端，将馈线（一般情况下发射机和馈线之间的连接是通过硬馈组件连接的）与发射机输出部分断开，将网络分析仪的两个测试端分别接到馈线的插芯和外屏蔽上，在网络分析仪上输入发射机的载波频率，理想状态下的阻抗值应该是实部50Ω，虚部0±2，如果出入较大，说明馈线网络和天线匹配不好，或者天馈线网络有损坏的部件。

按照上述方法，将网络矢量分析仪调到时域状态下测量，阻抗曲线应呈现平滑的三角形下斜线，如有脉动峰值说明天馈线及网络有问题。

五、馈线电阻和绝缘度的测试
将馈线两头都脱开，在一端的插芯和外屏蔽上并接一只50Ω，在另一端测量阻抗，测量值应该为实部为50Ω，虚部为0。

将馈线两头都脱开，将摇表的两个鳄鱼型夹子分别夹在馈管的插芯和外屏蔽端，摇动摇表，测量绝缘阻值应该在500MΩ以上。

六、阻塞网络的测试
将并联谐振阻塞网络与匹配网络完全脱开，在阻塞网络的两端，用矢量分析仪测量阻塞网络对阻塞频率谐振阻抗，在阻塞频点10KHz带宽内，阻抗值应在5KΩ以上，同时检查网络的Q值是否符合要求，如果达不到，就要适当调整LC 器件或重新设计。

七、吸收网络的测试
吸收网络的测量跟阻塞网路测量一样，只是分两步进行：
（一）并联谐振的测量。

吸收网络的并联谐振频率为主频率，目的是阻值本频率进入吸收回路，对于主频率来说，并联谐振应呈现高阻抗。

（二）串联谐振的测量。

吸收回路里的串联，实际上是并联谐振后的再串联，串联谐振频率为需要吸收的频率，对于吸收频率（干扰频率）来说，串联谐振应呈现低阻抗。