恶劣天气对中波广播发射的影响及对策

2024-03-28山西省广播电视局中波台管理中心运城中波台赵博

卫星电视与宽带多媒体 2024年3期

■山西省广播电视局中波台管理中心运城中波台：赵博

广播作为一种重要的传媒方式，发挥着连接世界的桥梁作用。在恶劣气候条件下，中波电台发射系统可能面临着一系列干扰和损坏的风险，对广播信号传输造成影响，特别是在雷暴和沙尘等恶劣天气下，可能导致电台回声问题，最终影响广播信号的质量和稳定性。因此，迫切需要采取有效解决方案提高中波段发射系统在这些环境下的抗干扰能力，以确保广播的稳定传输。为此，本文基于中波广播发射系统结构组成和技术特点，分析了各种恶劣天气类型对中波广播发射产生的不利影响，并提出相应的解决对策，以提高广播信号的可靠性和传输质量。

1.中波广播发射系统结构组成和技术特点

1.1 射频系统

中波广播发射系统的射频系统是其中一个关键的组成部分，负责产生和放大中波频段的射频信号，并将其传输到天线进行发射。射频系统由以下几个主要组件组成：①发射机：发射机是射频系统的核心设备，用于产生和调制射频信号。发射机包括振荡器、放大器和滤波器等部分。振荡器负责产生基础的射频信号，放大器将信号放大到合适的功率水平，滤波器则对信号进行滤波和形状处理。②天线：天线是射频信号的辐射和接收装置。在中波广播发射系统中，天线通常采用垂直极化的垂直电流天线。天线的设计和调整对广播信号的辐射效果和覆盖范围有着重要影响。③馈线：馈线是连接发射机和天线的传输介质，用于将射频信号从发射机传送到天线。在中波广播中，馈线一般使用同轴电缆，具有较低的传输损耗和较好的屏蔽性能，以确保射频信号的准确传输[1]。

1.2 音频调制系统

音频调制系统负责将音频信号进行调制和处理，使其能够与射频信号进行合理的组合，以形成广播信号。音频调制系统主要包括以下几个部分：①音频源：音频源是音频调制的输入端，通常是音乐、话筒或其他音频设备，负责将声音信号转换为电信号，并提供给后续的调制设备进行处理。②调制器：调制器将音频信号与射频信号进行合理的组合和叠加，以产生广播信号。调制方式通常根据需求确定，如大功率中波发射机调制方式通常包括板调AM、脉冲宽度调制（PDM）、脉冲阶梯调制（PSM）、单边带调制（SSB）、数字调制（DM）、幅相调制等。调制器还可以对音频信号进行预加重、降噪、动态范围控制等处理，提高广播信号的质量和稳定性。

1.3 自动监测系统

自动监测系统是中波广播发射系统中的一个重要组成部分，用于实时监测和分析广播信号的参数和质量，以及发射系统的工作状态[2]。自动监测系统主要包括以下功能：①信号质量监测：自动监测系统会对广播信号的强度、频率和调幅度等参数进行实时监测，以确保广播信号的稳定和准确。②故障检测与报警：自动监测系统能及时检测到发射系统的故障或异常状态，并发出相应的警报，以便工作人员及时处理。③数据记录与分析：自动监测系统可以对广播信号的参数和状态进行记录，生成相关的报告和分析数据，为发射系统的运行和维护提供参考依据。

1.4 电源和冷却系统

电源和冷却系统为中波广播发射系统提供稳定的电力供应和散热条件，保证发射系统的正常运行。主要包括以下几个方面：①电源系统：电源系统负责将输入的电能供应给发射机和其他相关设备，电源系统需要提供稳定而可靠的电压输出，同时具备过载保护和故障检测等功能。②冷却系统：冷却系统用于排除发射机产生的热量，保持发射机和其他设备的良好工作环境。冷却系统通常采用风冷或水冷方式，通过风扇或冷却塔等设备进行散热。

2.恶劣天气对中波广播发射的影响

2.1 雨雪天气影响

雨雪天气对中波广播发射系统会产生多方面的影响。其一，降水会导致天线与周围环境之间出现强烈的反射和折射现象，进而引起信号的多径传播和衰减。当广播信号经过雨滴或雪花时，会发生散射和吸收现象，使信号被衰减，可能导致信号质量下降，引起传输中的间接路径干扰和多普勒效应。其二，在降水较大的情况下，雨滴或雪花会聚集在天线上，形成水膜覆盖，影响天线的辐射特性。水膜会改变天线的阻抗特性，产生信号的反射和衰减，导致信号的损失和歪曲。水膜还会改变天线的指向性和发射模式，进一步影响信号的覆盖范围和接收效果。其三，降水会增加地面的湿度，增大地面和大气之间的电导率，进而产生对射频信号的吸收和衰减。湿度对射频信号的影响与频率相关，中波频段的信号在高湿度环境中更容易受到衰减[3]。湿度还会增加地面与天空之间的电离，改变大气对射频信号的传播特性，导致信号传输的不稳定性。

2.2 雷电天气影响

雷电天气对中波广播发射系统也会有一定的影响[4]。其一，雷电活动会产生辐射电磁波，这些电磁波在传播过程中会与中波广播信号产生相互作用，从而引发信号干扰和噪声，导致广播信号的可听度下降，使得接收到的广播内容变得模糊不清。其二，雷电活动会引发大气层中的电离现象，导致中波频段的电波折射、散射和衰减，会导致中波信号的传播距离缩短，信号强度下降。特别是在雷电云降雨开展集中性强烈放电时，会产生电离层的临时扰动，导致对中波信号的临时吸收和衰减，进一步影响信号的传播。其三，雷电天气中产生的静电场也会影响到中波广播发射系统的工作。静电场的存在会影响天线和其他设备的电位分布，在不恰当的情况下可能会引发电击和设备损坏。

2.3 沙尘天气影响

沙尘天气对中波广播发射系统同样会产生多方面的影响。其一，在沙尘天气中，沙尘颗粒和悬浮物会阻挡、散射和吸收中波频段的信号，导致信号的衰减和扩散，进而导致信号的强度变弱，信号质量下降。其二，沙尘天气中，沙尘颗粒的密度较高，能够引起较强的散射现象，导致信号发生绕射、散射和干扰，使信号传输路径变长，产生多条传播路径，引发传播中的多路径干涉，造成信号质量的下降。其三，在沙尘天气中，沙尘较容易沉积在天线和馈线上，形成沙尘堵塞和污染。沙尘的沉积会改变天线和馈线的阻抗特性，导致信号的反射和衰减。同时，沙尘的堵塞和污染会降低天线的辐射效率，进一步影响信号的传输和接收。

3.恶劣天气环境下中波广播发射的有效对策

3.1 应用高科技滤波技术

传统的模拟滤波器可以通过选择适当的频带来抑制噪声和杂散信号。而现代数字信号处理技术可以更精确地进行信号处理，使用算法和滤波器去除干扰信号。例如，可采用数字预处理技术，如数字降噪和信号增强算法，以提高信号的清晰度和可听度。这些技术可以在接收端对信号进行优化处理，去除背景噪声，提高信噪比，使得在恶劣天气条件下仍能获得清晰且稳定的广播信号。此外，现代化滤波技术的应用较为广泛，具备较强的抗干扰效果。现代化滤波技术通过并联电容器滤波和串联电感滤波两种措施来降低恶劣天气和其他不良因素对信号的影响。并联电容器滤波能够通过合理选择电容值和滤波频率，屏蔽高频噪声和干扰信号。串联电感滤波则通过选择合适的电感器件建立一个高阻抗通道，有效地过滤掉低频噪声和干扰信号。这两种滤波措施的组合使用可以提供较高的抗干扰效果。现代化滤波技术具有安装简单、操作方便以及空间占用较少的优点，能够有效应对恶劣天气条件下的不良影响，如沙尘天气、雷电天气和风雪天气等。通过合理布置滤波器和调整参数，可以降低干扰信号对中波广播发射质量的影响，提高广播信号的清晰度和可听度。

3.2 多措并举消除干扰

为了降低恶劣天气干扰对中波广播发射系统的影响，需要采取多种措施并结合使用，以提高系统的抗干扰能力。首先，在机房和天线方面，应将安装的接地系统相互分离，使射频返回电流全部流至传输线屏蔽罩。天线的接地网应采用半波辐射振子，将射频电流通过地波返回至大地，同时，还需要将天线同轴电缆埋入地下，以降低耦合电流的影响。在全固态中波发射机中，应用的集成电路器件较多。虽然全固态发射机具有寿命长、耗能低、维护量少和工业效率高等优点，但也存在抗干扰性能较差、器件易损坏和耐压低的问题。为此，在全固态中波发射机的应用环节中，需要采取多种防雷手段。例如，将微亨级电感线圈并接到天线输入端接地，以有效泄放雷电流。在天馈调配室安装石墨放电器，并将磁环套至接地引线上，可以进一步提高防雷能力。另外，引入新一代数字广播技术如ATSC3.0也是一种有效的对策。该技术采用OFDM（正交频分复用）技术，具有抗干扰能力强的特点，可以将广播信号分成多个子载波并在频域上分散发送，使得即使在恶劣天气环境下，仍然能够保持信号的传输稳定性和可靠性。

3.3 积极利用静电发射设备

恶劣天气会导致中波广播发射设备发生放电或静电现象，从而影响广播信号的传输质量。为了解决这个问题，相关人员应该立足于问题的本质，并采取有效措施来控制干扰。一种可行的办法是在发射设备上安装静电发射器，以减少放电或静电现象的发生概率。静电发射设备可以通过积极释放静电，将雷电荷分散到大气中，降低雷电对设备的威胁，它通过高压电荷产生电晕放电现象，使得大气中的离子化分子增多，从而增加了空气的电导率，避免了雷电对设备的直接冲击[5]。静电发射器的安装可以有效处理恶劣天气导致的静电问题，避免对发射信号的干扰，进而使得中波广播发射更加稳定。在完成静电发射设备的安装后，需要科学地调整设备的运行指标和相关参数。不同天气下，可能会出现不同的静电强度，因此应根据实际情况合理调整设备的运行指标，以使其处于最佳运行状态，避免干扰对设备运行的影响。此外，为了防止恶劣天气带来的不良影响，需要提前预测和预防。随着技术水平的不断提升，天气预报的准确性也在提高，中波发射系统的运行环节应根据天气预报情况提前做好预防准备。例如，当天气预报预测到有雨雪天气时，相关部门应提前检查中波发射系统，并制定合理的维护方案，及早发现潜在问题。

3.4 注重设备防雷保护

为了降低雷电天气对中波广播发射系统的影响，注重设备的防雷保护非常重要。①发射台的电源方面。电源较易受到雷击，因此需要进行电源防雷工作，包括安装高压防雷装置和配置高频线圈，以增强电源的防雷能力。由于涉及到高压装置，应由专业的电力技术人员进行安装，以确保操作的正确性和安全性。同时，还需要做好低压侧的保护工作，在低压电站周围安装避雷器，可以起到良好的防范作用。②天线方面。天线是中波发射装置中的重要组成部分，用于信号的发射和接收。为了确保不受雷电影响，可安装避雷针。为了避免影响信号的传输，不可将连接线、避雷针和电阻连接在一起，同时，还应将避雷针安装在天线周围，以实现天线的防雷目的。③天调网方面。采取石墨放球和微电感等方法来进行防雷。石墨放球可以处理天调网产生的额外电流，并通过瞬时放电形式来释放电网表面的静电放电通道。微电感防雷的方式可以调和天调网，通过静电与空气连接，避免雷击产生不良影响。

3.5 强化日常维护保养

对中波广播发射系统的日常维护保养至关重要，尤其是在恶劣天气条件下。定期检查和维护发射机、天线、馈线等设备的状态，确保其正常工作，主要可采取以下措施：①记录和对比：在开展养护工作之前，应做好记录，保证记录可追溯。特别要重点记录控制面板上的信息，并与标准数据进行对比，如发现异常情况，要及时找出原因并加以处理，以防问题进一步恶化。②维护清洁：定期进行停机维护，防止过负荷运行。保持工作台的整洁，确保绝缘层干净无异物。检查绝缘层是否破损，并清理天线安装和设备接口，确保牢固性。这些检查工作应在广播电台停播时进行，并确保设备处于断电停机状态，以避免意外事故发生。③检测和更换元件：监测电子元件的使用时间和状态，防止元件老化。精密电子元件应防止工作环境污染，记录使用时间并及时更换超过使用期限的元件，并做好详细的更换记录。使用电阻测试仪器检测馈线和地网情况，避免出现破损漏电问题。

3.6 加强系统定期检验

为了保障中波广播发射系统的正常运行，需要加强系统的定期检验。定期检验包括对系统整体性能进行评估，检查设备的工作状态和参数设置，确认设备和系统的各项功能正常。定期检验能够及时发现问题，并采取相应的措施进行处理，确保中波广播发射系统在恶劣天气环境下的稳定运行。系统定期检验一般包括对所有设备的工作情况进行检查，如发射机、天线、馈线、滤波器等。此外，还需要检查各个连接部件的紧固情况，确保设备之间的连接牢固可靠。定期检验还要对各项参数进行测量和记录，分析设备的工作状态和趋势，以及对设备进行必要的校准和调整。加强系统定期检验，有助于及时发现潜在的故障或问题，并采取相应的修复措施，确保中波广播发射系统在恶劣天气条件下的稳定运行。