甚长波通信台站建设勘察选址要求和关键技术

曹诚

（海军参谋部，北京 100841）

0 引言

由于甚长波具备一定的海水穿透能力，主要用于对水下潜艇和远洋水面舰艇单向通信，是目前世界各国海军岸基指挥所与水下潜艇通信的主要手段。甚长波发信系统设备庞大，系统复杂，特别是其发信天线系统结构复杂，使得甚长波通信台站具有占地面积大、工程规模大、技术难度高、建设程序复杂、经费投入多和建设周期长等特点，是建设难度极高的大型复杂通信工程之一。本文结合国内外甚长波通信台站建设情况和甚长波通信技术发展现状，主要介绍了甚长波通信台站建设勘察选址的要求和台站建设中的主要关键技术。

1 甚长波通信台站建设勘察选址要求

甚长波通信台站建设重点是甚长波发信系统的建设，主要包括甚长波发射机、甚长波发信天线系统、发信机房、调谐亭、卷扬机房等专业用房以及设备机房、人员办公和生活用房、水电路等附属配套设施。由于甚长波通信台站的地质条件直接影响台站的辐射效率和通信距离，特别是台站的大地电导率对台站的关键技术指标有着重要的作用，所以甚长波通信台站勘察选址不但程序复杂，而且对拟选台站地质条件要求很高，一般程序是首先根据台站的使命任务确定勘察选址的原则，其次是进行实地勘察确定拟选台址，最后进行预可行性分析评估形成工程立项综合论证报告。

1.1 勘察选址原则

根据国内外甚长波通信台站多年来的建设经验和台站对地质条件和周边环境的特殊要求，在甚长波通信台站勘察选址中一般把握以下原则：一是首先要满足重要保障海域的甚长波通信覆盖需求；二是为满足功率容量要求，拟选台址天线场区面积必须大于天线系统建设的最小占地要求；三是为提高系统辐射效率，天线场区地形要基本平坦，不应有大的地形起伏，植被要低矮、稀少。近场传播区域地形应开阔；四是近场传播区域大地电阻率要低，在沿海区域应尽量选择半岛或滨海区域，在内陆尽量选择水库、河流及湿地等低电阻区域；五是要具备较好的自然和人文环境，应避开地震带、高雷暴区、台风走廊等区域，应有较好的交通运输、供电供水及生活保障依托。勘察选址的一般方法是图上作业、收集资料、实地勘察。主要的勘察内容是测量场区面积，了解周边电磁和地理环境，测量大地电阻率等。

1.2 预可行性分析评估

开展详细的水文、气象、交通、地质、供电、给排水等资料收集，进行地质勘探、地震安全性评估、地质灾害评估、环境影响评价等工作，排除可能影响工程建设的颠覆性因素，同步开展天线选型论证工作，确定发射机功率等级和天线辐射效率等主要技术指标，从而确定工程建设的总体规模、初步建设方案和经费需求，对拟选台址建设甚长波通信台站的可行性进行深入的分析评估。

台站主要技术指标确定的方法是：根据甚长波电波传播信道特性，假定台站大致位置，结合保障海域范围、国际电联公布的4个季度、每天6个时间点噪声数据、收信设备的技术水平、常用工作频率来计算台站不同辐射功率条件下通信覆盖范围内（一般将覆盖范围等距划分为若干个点）各点信噪比，若信噪比大于收信设备信噪比，判为可通，否则不可通，以此统计可通点数的百分比，确定台站所需达到的最大辐射功率，结合当前科技水平合理确定发射机功率等级和天线辐射效率等主要技术指标[1]。

由图1可见，系统辐射功率越大，通信海域可通点数越多。当辐射功率为1500kW时，可通点数百分比可达80%，当辐射功率为1800kW时，可通点数百分比为84%，据此根据当前的工程技术实现水平可分析确定该台站的发射机功率等级和辐射效率等主要技术指标。

图1 辐射功率与可通点所占百分比曲线图

1.3 工程立项综合论证

对预可行性研究阶段的建设方案进行细化和优化，从建设和使用需求出发，详细推算工程建设规模和经费估算，确定工程建设周期，并对预期达到的通信能力进行评估，为工程立项报批和审查奠定坚实的基础。

2 甚长波通信台站建设的关键技术

大型甚长波通信台站建设系统复杂，工程实施难度大，其中涉及的关键技术比较多，这里主要对台站天线设计技术、大功率放大技术和大电流调谐亭技术进行简要的介绍。

2.1 天线设计技术

甚长波通信台站的天线辐射效率直接决定了台站的最大通信距离，所以台站的天线系统的选型和设计极为重要。目前甚长波天线系统主要分山谷型天线和铁塔型天线两大类。山谷型天线是指天线建设在山谷之间，由山峰支撑，受山体及高电阻率岩石影响，天线系统地损耗较大，辐射效率较低。铁塔型天线是指天线建设在平地，天线辐射体由高200～400m铁塔支撑，主要形式有T形天线、倒锥天线、单塔伞形天线、单伞六菱形天线、双伞六菱形天线和三伞六边形天线等。在同样（或相接近）物理高度条件下，双伞六菱形和三伞六边形天线辐射效率高，综合性能较优，工程适用性较好。特别是每个伞天线组可与独立调谐亭分别馈电配谐，一个伞天线组损毁时，另一个伞天线组仍然可以加电发信，具有一定的抗毁能力，并且对调谐亭电流承受能力的要求大幅减小，调谐亭设计、建造难度降低，有利于规避技术和工程风险。六菱形天线的六个菱形顶容线加载面可以单独升降，便于架设和维护，安全性和稳定性最好，不足之处是其所需支撑塔较多，造价稍高。但是，运用甚长波天线体积结构变换可调整其电气性能的原理，通过降低天线支撑塔高度、增大顶容线加载面的方式，进行优化设计，可使其造价控制在允许范围之内。

图2 台站建设方案和规模及经费概算确定流程

单伞六菱形天线具有效率较高、造价适中的优点。该型超高天线的塔桅结构、塔基与地锚等所必需的抗风、抗灾等加固设计和工程措施的代价巨大，具有较大的技术和工程风险，并且其单亭馈电要求调谐亭承受约3000A的射频电流，设计、制造难度非常大，技术和工程风险很高。

5组（6组）T型天线的效率和带宽相对较低，天线末端电压较高，其特殊的A字型复合塔结构复杂，造价较高，性价比不好，其所需地网必须为纵横交叉点焊接牢固的网格结构，大量的地网线交叉焊接点工程量很大，天线辐射效率最低。

倒锥天线的优点是顶容线加载面大，具有较高效率、较小电抗斜率和较宽频带，与六边形伞状天线相比，在顶容线面积相同情况下，倒锥天线的带宽较宽，但是辐射效率相对稍低，抗风能力较差。

目前，世界上辐射性能最好的大功率甚长波发射天线为美国卡特勒发信台天线和澳大利亚西北角发信台天线（效率≥80%，20kHz）[2]。这两个甚长波通信台站均由美国海军建设，其发射天线均采用十三塔伞形天线型式。

图3 国外甚长波通信台站天线形式示意图

2.2 大功率放大技术

甚长波发信系统大功率放大技术是设计甚长波发信机的关键技术，发信机的功率放大技术直接决定发信机的输出功率等级和台站的通信能力。甚长波发信机研制经历了三个阶段，第一个阶段是二战期间欧美国家研制生产的大功率（1000kW）电子管长波发信机，后期前苏联还研制生产了 1000千瓦充氢闸流管长波发信机，第二个阶段是 20世纪中叶研制生产的小功率（100kW）固态甚长波发信机，第三个阶段是进入 21世纪研制生产的大功率固态甚长波发信机。目前随着固态功放技术的不断发展，甚长波发信机的输出功率已有较大幅度的提升，并且技术已趋成熟。

2.3 大电流调谐亭技术

调谐亭用于对天线系统进行调谐，核心部件为承受高电压、大电流的调谐线圈和电容。美国在20世纪60年代已具备承载3500A电流调谐亭的设计和制造能力，实现单亭2000kW天线调谐，并装备于澳大利亚西北角台[3]。我国经过多年的研究，在20世纪70年代已具备承载大电流调谐亭的设计和制造能力，随着制造工艺的不断升级和相关技术储备，目前国内在大电流调谐亭设计和制造方面已有较大突破。

3 总结

由于甚长波通信台站系统复杂、工程规模大、技术难度高、建设程序复杂，台站建设的程序和要求很高，特别是甚长波通信台站建设中涉及很多通信专业的难点和关键技术，对建设过程中的关键技术要求极高，历来是通信工程中建设难度极大的工程之一。作者从事甚长波通信台站建设工作多年，从中积累了一些甚长波通信台站建设的经验，本文主要总结了甚长波通信台建设勘察选址的基本程序和步骤，介绍了甚长波通信台站建设中的部分关键技术，以便为读者了解甚长波通信台站建设程序和掌握其关键建设技术提供借鉴。