敷埋地网在广播发射台的设计与应用

韩禄嘉 姚静

【摘要】广播是通过发射天线将广播节目信号发送到受众人群的，为了实现覆盖效果，就必须提高发射天线效率，同时减小天线自身的损耗。当天线周边受到发射天线辐射的电磁波作用时，会在大地中产生地电流，中波天线的地网的作用是给天线的地电流提供一个良好的回流到天线底部的回路。铺设地网的对中波天线覆盖效果有着至关重要的作用。

【关键词】中波;地网;天线

中波广播的传播方式是白天依靠地波传播，夜晚地波和天波传播，地波是其主要传播方式。提高天线效率，减小天线自身损耗，增加有效覆盖是所有广播发射台要思考的重大课题。

因为地面波的传播方式是垂直极化波，所以中波天线都使用垂直天线。天线不可能是理想导体，有电流通过就会有损耗，天线下的绝缘物也会存在漏电流。当天线周边地面受到天线辐射电磁波的作用时，在大地中会产生地电流，引起地面的再辐射，而且越靠近天线附近的地面受到的辐射越强，地电流越大。因此，天线的辐射中，既包含有天线自身辐射所产生的主电场，还有地电流所产生的附加电场，二者相互作用。由于地电流的影响，天线辐射总电场不再是固定值，而是时刻变化的。

总电场的变化，引起天线塔体上分布电流的改变，进而改变天线的电气参数，致使天线的输入阻抗和辐射阻抗均发生变化。从而会产生以下不利影响：①主电场与副电场相位不一致，引起总电场相位改变，辐射方向性图改变，有效覆盖区域发生变化。②天线上的分布电流变化会引起天线的输入阻抗发生变化，造成发射机与天线之间的匹配困难，甚至引起失谐。③天线辐射能量有一部分损失在地面中，在极端情况下，甚至会出现严重涡流而导致天线下方地面发热，损失了能量，同时使天线辐射的主电场减弱，实际辐射功率降低，有效覆盖区域变小，降低了天线效率。④使信号场强降低，引起听效果不好，抗干扰能力减弱，多部发射机在同时工作时，甚至可能产生相互干扰、串音现象。

1. 地网的设计

为了提高覆盖效果，就必须提高发射天线效率，同时减小损耗。而中波天线的功率损耗主要是地损耗，即地电流在回流天线底部是造成的损耗。根据天线理论，中波天线地电流与天线高度和塔基半径有关。

根据对称阵子天线辐射公式理论，当天线高度增大时，其辐射能量逐渐向地平面降低，由于中波的波长较长，主要传播方式为地波，就需要架设很高的发射天线，这在实际应用中是不经济也是不现实的。当天线高度在实际中无法达到这个比例高度时，可以用加顶的办法予以补偿。

为了提高中波天线的辐射效率，增加有效覆盖，减小天波与地波相互叠加干扰造成的衰落現象，应尽量降低地电阻。当天线架设高度H与工作频率波长λ之比较小时，塔基附近的地电流很大，地损耗也很大，实际情况表明：天线架设最佳高度应为H=0.53λ（λ为工作频率波长）。

排除天线场区场地因素外，铺设地网是减小地电阻有效的办法。地网的金属导线能为天线地电流回路提供良好的通路。按照《中短波发射台设计规范》要求，接地电阻应不大于4Ω。

根据公式，接地电阻R=ρ×（ε/C）（R—接地电阻，ρ—土壤电阻率，ε—介电系数，C—接地体电容）降低接地电阻可以通过两种方法，一是增大接地体电容C，需要通过增大接地体与大地接触面积，可通过增加接地体深度、尺寸实现;二是减小地电阻率ρ和介电系数ε，需要通过改善地质电学性质，可通过提高其导电性实现。

①接地网电容：根据公式接地网电容C=εS/d.（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离。）接地电容与地网面积成正比。增大接地网面积可以增大接地网电容从而减小接地网电阻。

②接地体：利用低电阻率材料的接地体，是减小接地电阻的有效措施，我们常采用铜作为地网材料。

在实际操作中，我们常使用15-120根铜导线，从塔基以放射状铺设，埋深在0.2-0.5米，导线直径约为3mm。除了在地下铺设地网外，也可采用地面上铺设平衡网的方式。

③降低土壤电阻率：降低土壤电阻率就是要提高土壤的导电性。可在土壤中混入木炭、铁屑、食盐或降阻剂降低土地电阻率。

实践证明：天线损失功率随着距离天线底端距离增大而减小，地损主要集中在塔底附近，当塔底径向距离为0.5λ时，地电流趋于一个固定值，而大于0.5λ范围后，地电流虽然很大数值，但它已不属于感应场范围，其大小与天线架设高度无关;当H/λ>0.5时，就属于天线的辐射场。铺设地网线长度大于0.5λ对减小地损耗起不到更多的作用，所以地网线长度一般取0.5λ。

2. 地网的应用

河南省郑州八零四中波转播台所处位置地势平坦开阔，有利于发射效果。现有3部发射天线塔，东塔120m，西塔76m，北塔88m。如图2。

①接地井的应用：在塔基专门要做接地井，下图3为接地井剖面图。

天线基础浇灌时，在塔基及调配网络匹配室附近做两个接地井，地井深4m（以旱季见湿土为准），面积2m2，埋上长2m、宽1m、厚5mm的紫铜板。用宽250mm到300mm紫铜带加以铜焊，导引出地面。然后地井分层次填埋降阻剂、木炭、铁屑、食盐，其上覆盖优质细土，边回填边夯实，回填结束后用水将地井浸湿。测量接地电阻值小于0.1Ω。

或者打一口井，井深30m（见水即可），用直径100mm，壁厚5mm圆钢做接地棒。接地引线采用宽250mm，厚0.5mm扁平铜带，接地线与水平接地体的截面相同。

室内部分采用扁平铜网或铜带作为接地引线，长度不超过30m，焊接处截面面积应不小于40mm×4mm，裸露在地面以上部分，进行必要的措施防止机械损伤。

②地网的应用：塔基外层用厚度不小于0.3mm的铜皮紧密包覆，同时用厚度不小于0.2mm，宽度不小于200mm的铜带将各个底座包覆的铜皮焊接，并在此铜皮上焊上1圈汇流条。按照以天线塔基中心为圆心，每3°一根地网线，呈放射状敷设到四周。地网线长度一般取0.5λ。如图4所示。

地网线采用φ3mm的软铜线，地网线铺设时不宜绷的过紧，防止在寒冷季节，导线因受冷收缩而被拉断。地网线铺设好后，将地网线的始端约50mm长的导线均匀分布在屏蔽罩的四周，用汇流条将地网线始端紧紧绑扎在屏蔽罩上，将地网线、汇流条焊接在屏蔽罩上。

③铺设地网：铺设地网是一件十分繁琐的工作，地网质量，直接关系到信号的覆盖范围及播出质量。而且地网是隐蔽工程，一旦施工完成及成为永久性的隐蔽工程。

埋设地网线时要综合考虑减小地损耗和免受损坏等多种因素，因为大部分发射台的天线场区都属于租地性质，当地农民还要进行耕种农作物，一般埋设深度在600mm-800mm，从塔基四周起，始端600mm到地网线末端可埋深到800mm。具体埋设时，把施工人员分为6组（每60°区域为1组），每组要派一名台内技术人员监督施工质量，主要是沟的深度。每组均如此施工：先挖第1条沟，铺下第1根地网线;挖第2条沟时，把所挖之土填进第1条沟中，然后铺下第2根地网线;以次类推，直至把所有的地网线埋入地下，完成地网施工。这种埋设地网的方法具有节约时间，便于管理，省钱省力，是我台在实践工作中不断总结得出的经验。

3. 结束语

经我台实践论证，通过上述方法铺设地网，我台所有发射机工作正常，播音质量优良，没有出现相互干扰串音的现象。证明了我台天线的地网铺设是有效的、合格的。

参考文献：

[1]W.L.Stutzman和G.A.Thiele所著《天线理论与设计》第2版的中译本

[2]《中短波发射台设计规范》

作者简介：韩禄嘉，河南郑州人，工程师，研究方向：广电工程;姚静，河南郑州人，助理工程师，研究方向：广电工程。