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=G0xη（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0.78Ω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影响中波广播发射信号的因素，只有这样才能更好地提高中波广播的发射信号质量，达到更佳的收听效果。参考文献[1]何大中广播电视技术手册第1分册――系统与覆盖网[2]张学田广播电视技术手册第6分册――发射技术[3]李孝勖广播电视技术手册第7分册――天线作者简介李林（1982-），女，天津，工程师，本科，研究方向：广播电视技术。