锥面顶负荷中波小型发射天线使用及改进

蔡鸿雁

摘要:双频共塔锥面顶负荷中波小型天线确实有很多优点,给安全播出带来了方便。对锥面顶天线及天调网络的改进,较大地减小了温度升高对低段工作频率天调阻抗变化对全固态发射机的影响。本文总结了对锥面顶天线及天调网络在这几年运行中所要考虑的一些问题及解决方法。

关键词:加顶负荷 低段工作频率 阻抗微调 网络调整

1 特点及工作原理

锥面顶负荷中波小型发射天线(简称锥面顶天线)与直立塔天线相比具有尺寸小、占地面积小、传输效率高的特点。由于锥面顶天线的曲面特性和折叠振子,提高了输入阻抗的电阻分量,而降低了电抗分量,增加了带宽,提高了辐射场,减小了感应场等优点。因此,中波天线小型化成功解决了缩小占地面积、拓宽工作带宽、防雷效果差和实现双频共塔等难题。

如图:锥面顶天线高度只有1/15~1/20λ,在距天线的距离r<λ的天线的近区时,天线利用上锥体产生一个电场,用垂直发射体产生一个磁场,电场与磁场在天线周围同步正交的产生形成电磁波,与空间波阻抗进行匹配。因此,天线的感应场很小,大部分是辐射场。当位于距天线的距离r>λ时,可将天线看成一个点源辐射,远区电场E与磁场H在时间上同步,波阻抗Z=E/H与空间阻抗匹配。应此,波印廷矢量S(E×S)产生能量辐射。所以当在距离发射点一定距离收测时,电磁波几乎是一个理想的平面波。

2 锥面顶天线的使用及改进效果

我台使用的双频(f1=603kHz 1kW;f2=1008kHz 3kW)共塔。其中603 kHz在设计天调网络中我们采用了带宽补偿、90°移相、阻抗匹配等网络,较好的解决了带宽窄、输入阻抗(实部)低、参数与功率容量及防雷等缺陷。

当初,在使用一段时间后,我们对锥面顶天线进行场强覆盖的测试,与原直立铁塔场强覆盖进行对比,(直立塔未拆出时,用同一工作频率、同一功率发射机测得的场强值) 在东、南、西、北相同的点、相同距离、用同一场强仪所测得的值进行对比后得出结论:锥面顶天线所测值总体接近直立塔天线所测的场强,除个别值有一定的差距。这一问题可能是所测位置受电磁环境、气候、时间、季节等因素影响,比较复杂,有待进一步研究和探讨。其次,我台机房到锥面顶天线间的距离为80米,用75Ω同轴馈线。经测得,天线近区感应场很小,远处辐射场较大。因此,周围住户及机房内的辐射场强影响很小,远处收听节目效果比较好。但是,从2005年冬季安装锥面顶天线以来到第一年、第二年夏季,问题来了:603kHz发射机反射功率随温度升高,上升较大。但是,我们可以在全固态发射机输出网络微调电路里能在驻波比1.5以内得到调整。如果环境温度继续升高时,天调阻抗失谐严重,最终发射机过荷保护,(微调没有余量)开不起机来。经分析、探讨、实践,原因是:我台使用的工作频率603kHz属700kHz以下的低段工作频率,其次,31米锥面顶天线高度不符合H/λ=0.3~0.53的输入阻抗曲线这一关系。在夏季温度较高时,对天调网络的阻抗影响很大。另一情况是反射功率不大,可微调整,但反射功率表头随音频信号的增大而摆动,这一边频反射瞬间超过该发射机反射功率门限时,发射机反射报警。当第三次反射报警过荷复位后,发射机过荷保护而掉高压了。所以,经过两个夏季的观察、探讨、分析及实践,我们做出以下改进:

2.1 取掉双频共塔网络中微亨级电感。

2.2 把补偿网络中的两电感电容并联后再串联的形式改成电容电感直接串联的形式。

2.3 锥面顶天线加顶负荷。

2.4 把已调标准负载阻抗75±j0(或50±j0)人为取定实部稍大些、虚部偏感性的态势;(在温度升高时,阻抗点实部减小、虚部向容性的态势发展)。

2.5 对全固态发射机输出网络阻抗微调电路实、虚部视情况进行短接调整。

经过以上措施,首先消除了温度升高对低段工作频率的发射机反射功率大的影响,天调阻抗既使有一定变化,也可以通过调整输出网络阻抗微调电路,达到发射机与天线良好的匹配。其次,加顶负荷后,提高了锥面顶天线的输入阻抗,给调配网络带来方便;边带驻波比不易产生,有良好的边带特性。更重要的是减弱温升对天调网络阻抗的影响,发射机阻抗调整也不至于大动,就能良好的工作。

需要说明:边频反射与反射功率是不同的两个概念。出现边频反射的现象是因为603kHz天调网络中的上下边频吸收网络没有设计好,才会有反射功率表头随着音频信号的增大而瞬间摆动;出现反射功率的现象是因为天调阻抗与全固态发射机输出阻抗不匹配所致。如上面说到的温度升高造成天调网络阻抗发生变化就是这类原因。相同之处是:它们都可在低段工作频率的全固态发射机中产生。

3 结束语

锥面顶天线与天调网络工作在低段工作频率时的阻抗在受温升而变化时,采用锥面顶天线加顶负荷、标准阻抗稍大偏感性、天调网络改善、调整发射机输出网络中T型微调网络等方法,就能较好的解决负载阻抗变化对全固态发射机的影响。也是目前经济可行的有效办法。这几种改进方法将对广播的安全播出有着重要的意义。