中波小天线现状及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一台，长春 130119）

中波小天线现状及性能分析

李 波，任 玲

（吉林省六六一台，长春 130119）

传统的中波天线占地面积庞大，中波天线的小型化一直是国内外广播业者的夙愿。通过对影响天线性能的因素分析，发现影响输入电阻Rin的主要因素有五个：高度、等效直径、形状（含加顶）、地效应（地参数、地网）、工作频率（波长）。

小天线；高度；等效直径；形状（含加顶）；地效应（地参数、地网）；工作频率（波长）

传统的中波天线占地面积庞大，尤其是地网占地面积需要几十亩甚至两三百亩。由于铜制地网需要埋在地下，会因降水和植被变化影响天线参数的稳定性，而且地网的维修和更换也十分麻烦。所以，中波天线的小型化一直是国内外广播业者的夙愿。

十几年前埃及学者试验研制了所谓交叉场中波小天线（CFA），我国有些公司和电台曾联合引进并进行了试验，结果并不成功。十余年来，国内多家单位陆续研发了七八种中波小天线，经过筛选淘汰现在还剩下三种仍在接受实践的考验，它们是曲线式、套筒式和双锥型三款小天线。它们的共同点是天线高度都降到十分之一波长以下，并且都有一个大约10m直径的锥形顶；不同点是辐射体的结构、形状和等效直径及接地系统不同。它们基本上可以实现50kW以下功率等级上的发射工作，但其辐射效率和稳定性会有所不同。下面简单分析一下影响天线性能的一些因素。

从使用者的角度，大家最关心的是天线的效率，而输入电阻是决定中波天线辐射效率的关键参数。影响输入电阻Rin的主要因素有五个：高度、等效直径、形状（含加顶）、地效应（地参数、地网）、工作频率（波长），前4项都与第5项“频率”密切相关。而中波小天线与传统天线一样，公认的难点在于低频端。

（1）高度

对中波小天线心存疑虑的业内人士其主要依据是小天线的高度太低，只相当于经典天线理论中“高度h小于λ/8的垂直短振子，而若h=λ/8，输入电阻Rin仅为6Ω，发射效率不高”（摘自《广播电视技术手册》1分册 天线）。中波小天线的高度只有波长的十几分之一，输入电阻只会更低，那就无效率可言，不能不怀疑其使用价值。

在传统天线的实际运用中，情况也的确如此。以中波发射台应用最普遍的高76m、边宽500mm的拉线塔为例，如果使用在低频端，比如：频率540kHz的输入电阻只有7.5Ω，必须要加顶负荷以提高其有效高度，将输入电阻增加到11Ω才能使用。

一般认为，小天线用于中波频率的高端还凑合，若在540kHz这样的低端频率，高度不过40m，大约只有76m传统天线的一半，仅从这一点来说，对小天线持怀疑态度不是没有根据的。

（2）等效直径

当天线的直径远小于其高度且与波长相比可以忽略的时候，则被当做“线天线”，可用线天线的理论来计算和处理。当天线塔体等效直径不能忽略时，直径越小，输入阻抗越大。从传统中波天线实测数据来看，实际天线辐射体等效直径的影响是不能被忽略的。比如，底边宽6.13m、高76m的自立塔（平均等效直径约2.7m），在540kHz的输入电阻只有5Ω，它小于边宽500mm（等效直径约430mm）的76m拉线塔540kHz的输入电阻7.5Ω。等效直径即辐射体粗细的影响对于小天线来说也是相同的。

（3）小天线的形状

从以上的实例和数据来看，经典天线理论应用于传统中波天线是很准确的。但对于中波小天线，因其形状各异，都不能当作鞭状天线而套用“线天线”理论来描述和计算。

比如，前述的三种中波小天线都由一个大约10m直径、90°锥角的锥形顶，不同等效直径的辐射体以及结构不同的接地系统构成。显然由形状、结构决定的边界条件与鞭状天线是不同的，但是作为辐射体的鞭杆部直径大小对输入电阻的影响趋势却是相同的—— 直径越大，输入电阻越小。图1、图2及表1是一组实测数据。

从图2可看出双锥型小天线结构的显著区别，它的塔体底部是钢结构的带裙四棱下锥体，锥角与上锥一样是90°。下锥和裙部敷设有反射金属网，这就取消了埋地地网。天调室置于下锥体内部，下锥体与钢筋混凝土基础及接地系统相连。这种结构的好处是：调配网络与塔体间的相互影响可做到最小；90°锥角反射面不但避免了埋地地网的不稳定因素，还可提高天线的辐射效率，直接结果是输入电阻显著较大。另外，这种开放式自谐振辐射器的加感线圈的位置处于鞭杆与下锥体之间，电磁波离开天线就是辐射场，对近周的干扰很小。它也是惟一可架设到楼顶而不干扰楼内设施正常工作的小天线。

图1 中波小天线外形图例

图2 中波小天线图例

从表1实测数据可以得出如下结论：对于传统天线，由于自立塔等效直径大于拉线塔，所以相同高度的自立塔的输入电阻小于拉线塔；76m拉线塔必须增加顶负荷才能用于低端频率；对于中波小天线，由于其结构和辐射体等效直径不同，在相同高度的条件下，输入电阻——曲线式最小，套筒式居中，双锥型最大（大于76m加顶拉线塔）。

（4）关于地效应

沿地面传播的地波是中波和长波频段的主要传播方式。地面的电气特性，特别是地导系数σ对地波传播的影响很大，这可简称作地效应。频率越低，地效应影响越大。在中波段的低端，比如常用的540kHz比起中高段1000kHz以上的频率受地效应的影响大得多。地效应不仅从传播角度影响场强和覆盖面积，还直接影响天线本身的电参数和发射效率。所以，广播发射台场地选择标准中明确规定：中波发射台场地应选在土壤湿润、地导系数较大的地区。

在我国的内蒙古西部和新疆的大部地区属于σ≤0.1ms/m的很干燥地面，地导系数比东北、东部和东南部地区低两个数量级。在这里架设低频端的中波小天线必须采取必要的针对性措施改善地效应,才能保证满意的发射效果。

[1] 广播电视技术手册（1分册）

Analysis on Present Situation and Property of Middle-Wave Small Antenna

Li Bo, Ren Ling

(The 661th Station Jilin province, Changchun, 130119)

Traditional middle-wave antenna occupied huge area, it is long cherished wish to miniaturize the traditional middle-wave antenna for domestic and international broadcasters. Through the analysis on some facts that effect property of the antenna, there are 5 factors that affect input electrical resistance Rin: Height; equivalent diameter; shape(including top); ground effects (ground parameter, ground net) ; work frequency (wave length).

small antenna; height; equivalent diameter; shape(including top); ground effects(ground parameter, ground net); work frequency(wave length )

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.07.013

TN822+.2文献标示码：B

1672-7274（2015）07-0053-03