大功率中波广播发射双频共塔技术的应用实践

刘海章

（作者单位：四川广播电视台520发射传输台）



大功率中波广播发射双频共塔技术的应用实践

刘海章

（作者单位：四川广播电视台520发射传输台）

摘 要：本文介绍了2×100kW大功率中波广播发射系统双频共塔技术的应用与实践，对业内同等功率等级中波发射台进行技术改造具有一定的借鉴意义。

关键词：大功率；中波；双频共塔；技术应用

四川广播电视台520发射传输台（以下简称520台）是四川省中短波广播中心发射台，承担着2套单机发射功率100kW中波、1套单机发射功率50kW短波广播发射业务，发射中央人民广播电台第1套节目（中国之声）、四川人民广播电台第1套节目（新闻频率）及第2套节目（民族频率）等政令性广播节目的中短波发射任务。在2014年四川省广播电视安全播出保障等级提升工程中，520台安全播出设施改造得以立项，具体实施对两套100kW中波广播发射系统进行改造。2015年初，520台正式启动实施了1116kHz与639kHz两套100kW中波广播发射系统双频共塔的技术改造。

1 项目背景

520台于1956年建台，中波1116kHz 发射天馈线系统于1958年建成投入使用，发射四川人民广播电台第1套节目，发射功率100千瓦；中波639kHz 发射天馈线系统于1962年建成投入使用，发射中央人民广播电台第1套节目，发射功率100千瓦。建成投运以来，这两座中波发射塔及馈线网络系统的使用时间已远远超过了设计寿命，虽然其间进行过几次维护，但由于设施已严重老化，系统指标性能降低，急需进行更新改造。

由于历史原因，520台639kHz 发射天线场没有办理土地征用手续，天馈线处在村民的基本农田上。近年来，520台在天馈线维护检修工作中，经常受到当地村民的刁难和阻挠。520台1116kHz中波发射天线场位于台区大院内，这片近90亩土地在2009年底完善并办理了国土证。在台区大院内，基本具备改造1座中波发射塔所需的地理条件。

为了消除安全隐患，提高发射效率，增强收听效果，提高技术设备和土地资源的利用率，由财政投入专项资金，对520台1116kHz发射系统进行改造更新，并在改造设计中运用大功率中波双频共塔技术，增加639kHz馈线及网络系统，实现1116kHz与639kHz两套100千瓦中波双频共塔发射。

2 问题的提出

520台1116kHz和639kHz两座中波发射天线、馈线、射频网络严重老化，1116kHz主备机倒换系统不能自动切换，没有配置假负载，备用发射机是上世纪八十年代生产的电子管发射机，系统技术指标下降，不能达到广电总局62号令及专业实施细则的要求。本次实施1116kHz与639kHz两套100千瓦中波双频共塔发射，主要是为了解决下面几个问题：

2.1 及时消除安全隐患，防止发生倒塔事故

520台1116kHz、639kHz中波发射天线塔及配套设施已分别使用57年和53年，属严重超期服役，塔体锈蚀已非常严重，塔体的钢管多处有块状脱落，塔的拉锚拉杆锈蚀、机械张力已不能保证塔体安全的需要。如不及时更新改造发射塔，消除安全隐患，一旦发生倒塔事故，除造成广播停播事故外，极易发生人身伤亡和重大财产损失，后果将非常严重。及时改造1116kHz、639kHz中波发射天线系统，能有效消除安全隐患，防止重大安全事故发生。

2.2 改善传输性能，提高发射效率

520台1116kHz、639kHz所用中波发射高频传输馈线均是老式150Ω笼形馈线，使用几十年来，经过多次维修，馈线已有多个断点连接，馈线形状多处严重变形，特别是季节交替温差较大的情况下，经常造成馈线行波系数减小，发射机输出阻抗与天馈线阻抗不匹配，影响了高频信号的有效传输，造成了一定量的射频信号衰减。及时改造1116kHz、639kHz馈线系统，可以有效提高中波射频信号传输效率，增强发射效果。

2.3 完善系统配置，确保安全播出

520台1116kHz、639kHz所用备用发射机是已经使用近30年的电子管发射机，设备严重老化、故障频发。由于大部份重要元器件已停产，直接造成发射运行维护成本增加和不能提供可靠的备份播出系统的问题；发射系统无假负载，在播出期间检修故障发射机很不方便；天线切换开关陈旧，故障率高，且不能自动倒换。这些陈旧的发射系统设备达不到国家广电总局62号令及无线发射专业实施细则的要求。对1116kHz、639kHz发射配套系统进行改造，能有效减少发射运行维护成本，提高备份系统的可靠性，提高安全播出保障水平。

2.4 提高资源利用率，促进事业发展

520台1116kHz发射塔系50年代北京双桥铁塔厂生产的重型拉线塔，120m中波塔的拉线分布在近50亩土地上，拉锚占地面积很大，天线场土地资源利用率极低。拉线绝缘子系20世纪50年代末从前苏联进口的器件，单个重量达600多公斤，体积很大，维护发射塔拉线和绝缘子非常困难。将中波拉线塔改造为自立塔，笼形馈线改为同轴馈管，两套100kW中波双频共塔发射，既提高了资源利用效率，也为发射台的事业拓展创造了条件。

3 制定技术方案时需要考虑的主要因素

在这次中波发射系统改造中，我们在制定技术方案时主要考虑了下面几个因素：

3.1 大功率中波双频共塔发射的可行性

通过与设计单位的咨询和对全国各省区市的广泛了解，全国大功率中波双频共塔技术运用的案例很少。2×50kW中波双频共塔的成功案例屈指可数；2×100kW中波双频共塔的成功案例只有1个，且目前已停止满功率双频共塔发射。为确保双频共塔技术的成功应用，工作人员向有关咨询和设计单位进行了详细深入的技术交流和咨询，并派出2名高级工程师前往成功进行过2×100kW中波双频共塔技术改造的某省人民广播电台发射台实地考察，获取了实施2×100kW中波双频共塔技术的经验及所要解决的关键问题。经过可行性研究论证，确定在台实施2×100kW中波双频共塔技术改造是可行的。

3.2 中波自立塔的选型

在不同功率等级的自立式中波发射塔型式中，考虑本项目使用频率的波长、造价、塔体稳定性、业务拓展的可能性等因素，确定选用四边形钢结构塔；考虑底座绝缘子承载负荷重、生产厂家极少、造价成本高、维护不便以及防雷接地效果等因素，选用了不使用重型底座绝缘子的接地式铁塔；考虑技术工艺的成熟性和可靠性，选用了目前国际上广泛使用的在自立式中波铁塔外用铜包钢导线组成射频辐射装置、在铁塔座部馈电的方式。

3.3 覆盖效果预测

为了确保改造后的发射效果，委托咨询公司通过专业软件建模，进行了覆盖效果计算。将计算结果与现在实测的发射场强进行比较，确定改造后的理论场强值比较理想，能够保证达到原有的覆盖效果。1116kHz、639kHz两个频率双频共塔场强模型如图1和图2：

图1　改造后1116kHz覆盖效果图（地形图和行政区划图）

图2　改造后639kHz覆盖效果图（地形图和行政区划图）

3.4 预留电视调频发射功能

根据中短波广播发展现状、数字电视和音频广播的发展情况及我台的地理位置，结合兄弟省市中波发射台业务拓展方向，在选择发射塔时，预留了可以安装电视和调频广播发射天线的自立式发射塔，为今后可能的广播业务及其它无线电业务预留了发展空间。

3.5 大功率同轴馈管的选用

鉴于机房与发射塔之间距离较近，考虑笼型馈线的参数随季节变化问题，在本次改造中选择使用进口大功率中波同轴馈管（国产同轴软馈管的功率等级达不到要求），采用地沟敷设方式。选用进口软馈管，既能保证馈线网络系统性能稳定，也可以减少馈线系统的占地，增加台区大院内土地资源的利用率。

4 技术方案的实现

4.1 发射塔及馈电

在1116kHz天线塔原址新建1座120m高的四边形钢结构自立式接地中波天线塔，根开20m，满足1116kHz 与 639kHz双频共塔使用，发射功率为2×100kW。为方便塔上工作，发射塔上建有4个平台，发射塔上预留安装一套4×4双偶极子反射板调频天线、一套4×4四偶极子板米波Ⅲ天线和两套4×4四偶极子反射板分米波天线系统，达到发射天线塔不仅能实现中波频段2套100kW双频共塔发射，而且考虑到将来发展的需要，可以实现电视、调频广播在该中波发射塔上共用发射。

发射塔在底部馈电，铁塔周围由12根铜包钢线作为导体。自立式发射塔结构形式及馈电如图3所示。

中波发射天线的技术参数如下：

天线类型：自立式四边形钢塔结构

天线高度：120m

工作频率：639kHz、1116kHz

天线增益：≥3dBi

极化方式：垂直极化

方向性：全向

抗风能力：≥11级

抗震烈度：≥9度

防雷能力：接地电阻≤1Ω

4.2 高频地网与防雷接地

4.2.1 高频接地井

在发射天线下和1116kHz机房楼下各修建1个高频接地井。发射天线的高频接地板置于塔基对角线上两基脚旁，发射机房的高频接地板置于技术楼外5m范围内。高频地板选用不低于1000mm×1000mm×3mm紫铜板；高频接地板埋入冻土层下，并用两条300mm×0.5mm的铜带与设备联接，保证高频地井的接地电阻小于1Ω。

4.2.2 高频地网

天线的地网采用新建与利旧的方式.新建120根长120m的射频地网，地网选用Φ4 mm紫铜线，在中心地板四周间隔3°放射状铺设而成。地网在520台大院内埋地深500mm，在村民土地上的埋地深800mm。中心地板安放在发射塔基础中心位置，选用1000mm×1000mm×3 mm紫铜板，用300×0.5 mm的铜带与发射天线的高频接地板相连，铜板与天线调配室的接地母线接好并锡焊牢固。本次改造还要求在建设过程中修补旧天线拆除过程破坏的地网线，将旧地网与新建地网连接在一起，增强高频地网的辐射效果。新建铁塔底部的高频接地系统见图4所示。

图3　自立式发射塔结构形式及馈电

图4　高频地网

4.2.3 防雷接地

在发射机房和发射天线下各修建1个防雷接地网。防雷接地装置采用垂直接地体及水平接地体相互连接而成。本次改造要求防雷接地电阻小于1Ω。防雷接地装置的水平接地体选材不低于40mm×4mm热浸锌扁钢，垂直接地体选材2.5m长的50mm×4mm热浸锌角钢。垂直接地体顶端及水平接地体均埋入地面300～500mm以下，所有焊点需进行两道防腐处理。

4.3 馈管及馈管沟

本工程的中波主馈线采用2根50Ω 的4吋同轴电缆，长度分别为180m、250m。主馈电缆敷设在馈线地沟中，每隔1m左右用电缆卡箍将主馈电缆固定在馈线支架上，电缆弯曲半径不小于1300mm。每根馈管留有约30m的冗余，圏放在在技术楼一楼的一间专用房间内，供今后故障处理时调整馈管长度使用。电缆沟的制作如图5所示。

防渗墙施工槽段采用Ⅱ期跳格施工，用接头管接头。由于槽段接头是防渗墙的薄弱环节，因此槽段越长越好，但实际上槽段长度受多种因素综合制约。

4.4 匹配网络

发射天线采用集中参数元件调配，置于发射塔下调配室内。调配室中分别设匹配网络和阻塞网络，调配网络原理如图6所示。此外，由于台区内包含其它中波天线，很难保证各天线之间没有相互干扰，在调配网络中加入对其他频率的陷波网络。调配室内部各调配元件的连接保证有良好的电气接触，连接处紧密结合，各导体表面平滑，没有毛刺。

4.5 天线调配室及天线场

在发射塔下面四个基座之间建设48m2的天线调配室，房屋中间采用实体墙隔开，639kHz和1116kHz的网络系统各放在一个相对独立的空间内。调配室六面铜皮屏蔽。调配室平面布置如图7所示。

为确保高频高压辐射的安全，在发射塔四周修建2.8 m高的围墙。

天线场内新建一根馈管沟，长150 m，净空宽80cm，深1200cm，沟壁两侧各预装两层馈管架和电缆架，馈管沟需防水。馈管沟敷水泥沟盖板，盖板采用扁钢包边，每隔三块盖板预置检查用可复位活动拉柄，以方便检修。

图5　馈管沟

图6　调配网络原理图

图7　调配室平面布置

在天线场新建馈线巡逻道路，从播出机房延伸到天调室，长150 m，宽3 m，厚20cm，混凝土路面，方便今后工作人员检修和日常巡逻通行。

4.6 配套设备设施

为完善系统配置，提高安全播出保障水平，本次改造中还配置如下设备设施：

4.6.1 发射机：配置国产全固态DAM 50kW中波发射机作为备用发射机。

4.6.2 假负载及天线切换开关：为1116kHz发射机房安装200kW假负载1台。安装同轴天线自动切换开关2套。

4.6.3 安防与门禁：在天线调配室安装视频安防监控系统和门禁及报警系统，相关数据通过光纤传送到机房内。

4.6.4 播出机房配套设施及维修：对420m2的播出机房进行维修，地面铺设防静电地板，对墙面防尘维修，顶面采用冲孔铝扣板吊顶，安装自动门禁系统。机房内安装10P空调1台，馈管充气机2台等。

5 项目改造的意义

中波广播是一项公益性的事业，虽不能带来显著的直接经济效益，但它的政治效益和社会效益是巨大的。中波广播以其发射功率大、覆盖面广、接收方便的特点，是无线广播区域覆盖的重要渠道，有调频广播所不及的战略覆盖意义。520台100kW中波与省地震信息中心进行合作试验，测试从发布到接收的时延仅1.6s，预警发布时效性很好。实验证明，通过大功率广覆盖的中波广播发射，实施地震灾害预警等信息发布是可能的。

在本次技术改造中，台工程技术人员从方案调研、拟制到具体实施，每项工作都全程深入参与。通过实施该项技术改造，不但消除了台技术安全隐患，提升了播出保障水平，还锻炼了技术队伍，促进了技术设施和土地资源利用，可谓一举多得。本项目的技术改造可以以供同行参考借鉴。