76米中波桅杆天线加顶

李西昌

（陕西广播电视台第三发射台）

摘 要： 在中波的低频段（531kHz至1000kHz），由于波长长，要求天线高度高，当天线高度低于λ/4时，76米传统桅杆天线的高度明显不够，不仅存在天线效率低，而且输入阻抗实部偏小，虚部电抗分量大，天线Q值比较高，工作时带宽窄，不利于发射机的正常工作。鉴于此类问题，在76米天线的基础上，通过在其顶部加顶负荷的办法来进行补偿，以此达到增加天线有效高度的目的，这样人为改变天线的电参数，有利于匹配网络的调试和发射机的正常工作。

关键词： 天线Q值高；带宽窄；边频反射大；顶负荷；有效高度

1.引 言

我台540kHz，用一副边宽为0.5米，高度为76米的轻型桅杆天线转播节目，发射机是50kW全固态DAM，对天线的电参数要求比较严格。在中波频段，天线高度要求在λ/4与λ/2之间、天线阻抗、天线Q值（虚部/实部）都要符合实际工作的需求。540kHz处在中波段的低频端，工作在76米桅杆天线上，输入阻抗实部偏低（8Ω左右），虚部电抗偏大且频率在±10kHz的边频范围内变化时，虚部较实部变化大。531kHz至1602kHz驻波测试结果呈现V字形，明显存在76米天线在低频段工作时，天线Q值高、边频驻波大带宽窄的问题，造成发射机在音频高端边频反射大、驻波保护频繁无法正常工作的现象，其原因是天线高度不够（小于λ/4）。如果继续在天线顶部增加实际高度，不但投资大，而且无疑会给架设和今后的维修带来很大的困难，此时，考虑在不增加天线实际高度的情况下，通过加装斜拉线作为顶负荷以增加桅杆天线的有效高度，达到在低频段工作时对发射机边频反射大、驻波保护有一定的改善作用，这是目前即经济又可行的办法。

2.76米顶负荷天线

76米顶负荷天线，目前国内基本上都采用在天线顶部加顶负荷板（三角形），再用三根彼此相隔120°、长度为35.3米的斜拉线（顶负荷线）牵引到地面這种形式。斜拉线分别接于负荷板边线的中间，负荷线首端用螺栓固定在负荷板上，从塔顶穿过U形环并捆扎后并从天线的三方拉绳之间一直斜拉到地面，倾角为45°。为了防止天线塔体对地短路，还要避免斜拉线上感应高频电流二次辐射的干扰对电磁波辐射方向图造成影响，依据发射功率的大小把斜拉线按一定的长度分成若干段，分段处要用绝缘子进行隔离，因而顶负荷线（钢绞线）各段之间要求绝缘且对地绝缘。具体要求是：负荷线首端接八棱绝缘子2个，再用10个蛋形绝缘子分段，尾端接地锚，分断长度尺寸为：1m*2、3m*2、5m*2、7m*3、10m*3，最长拉线段不超过28m，每段之间用绝缘子分隔，如图1。

76米中波天线加顶示意图如图1所示。

3.顶负荷天线原理

中波垂直极化天线通常是无顶天线（终端开路），可以认为是顶部开路有损耗的双线传输线（终端开路的传输线是无损耗线，基本上不传输功率，线上电流分布按正弦规律变化），且由于其横截面不是完全均匀的，因而铁塔天线垂直部分表面的电流分布不均匀，电流波按近似于正弦规律分布，其中波腹附近的电流最大起主要作用，波节附近的电流及其他部分电流的影响较小，尤其在顶部高频电流更小，对空间辐射的电磁波能量就很小。由于天线电流分布的不均匀性，天线辐射电阻小，效率低，还直接影响到天线底部馈电处的输入阻抗。对于中、小功率中波发射台，天线大部分是高度为76米、边宽为0.5米的桅杆天线，同样存在这样的问题，尤其是在低频段，天线高度低于λ/4，天线Q值高、带宽窄，底端附近地电流大、天线的输入阻抗的实部偏低，这些现象表现更为突出。如今，机房清一色的全固态发射机在低频段，面对这样的天线显然无法适应。

对于工作在低频段的76米桅杆天线，为了解决天线Q值高、工作时带宽窄、效率低的问题，一般采用加顶负荷天线，其形式多种多样，这里只介绍国内常用的斜拉线顶负荷天线。顶负荷天线也就是加顶加载天线，在为了不再产生多余无用功率（热损耗）的情况下，将原来开路的天线顶部变成电抗性负载的天线顶来进行馈电，使顶部电流不为零，以增加其有效高度。它是通过三根顶负荷线穿过U形环至地面形成伞塔天线形式，加顶后即增加了天线导体对大地导体之间分布电容（任何两个存在电压差且相互绝缘的导体之间都会形成分布电容），这样就形成了电容性的天线顶，也就相当于在天线顶部加上了电抗性负载。另外，由于天线阻抗容性增大，有利于对76米天线输入阻抗的电抗分量（容抗）予以部分抵消。

这种通过加装斜拉线作为顶负荷天线来进行馈电的办法，增加了顶部的电抗负载，改变了铁塔上垂直部分的电流分布状况，把电流波的腹点向顶部移动，如图2，使天线上电流分布趋于均匀，有利于提高天线腹点的辐射电阻。总之，这样做的目的都是为了增加天线的有效高度，使铁塔高度和斜拉线等效高度之和，亦即天线的有效高度不小于λ/4。

需要注意的是，顶负荷的作用仅仅是改变了桅杆天线上电流的分布状况，以增加天线的有效高度。负荷线本身对发射并无贡献，相反因为它本身并不是水平的，对发射会起些不利的作用。因此，在增加天线有效高度的同时，三根顶负荷线还不宜过长，一般不超过垂直部分的一半（35.3米<38米）。事实证明：当频率高于700kHz，天线的有效高度将大于λ/4，应逐渐缩短斜拉线的长度。

4.天线加顶负荷后阻抗实测

76米桅杆天线加顶负荷后，就540 kHz及上、下边频对天线的输入阻抗进行了实际测试，再和加顶前进行对比，结果是实部提高、虚部降低、Q值也随之降低、带宽变宽，如下表所示，这样的结果基本上满足了实际工作的需求。

5.结束语

我台这次76米中波桅杆天线通过加顶负荷来增加天线的有效高度，使天线的电参数—天线输入阻抗、Q值、带宽都得到了进一步的改善；同时经过分析计算，天线辐射电阻较之前有所增大，天线效率也随之提高，扩大了电磁波向空间的辐射。这样以来，540kHz匹配网络的设计和调试也相对容易，对发射系统而言基本上满足了使用要求。在整个发射系统调试完后，经过半年时间的试运行，发射机及其匹配网络工作稳定。由此看来，76米桅杆天线可以在不增加天线实际高度的情况下，通过对无顶负荷天线加顶加载，提高天线的有效高度，有利于解决中波低频段在天线高度小于λ/4时，发射机存在边频反射大、驻波频繁保护的问题。

参考文献

[1]张学田，李英华等。广播电视技术手册（发射技术）国防工业出版社 北京.

[2]李孝勖。广播电视技术手册（天线）国防工业出版社 北京.

[3]中央广播事业局76米中波桅杆顶负荷天线设计方案。（河南长兴建设集团有限公司提供）.