中波廣播發射系統天調網絡的構成及應用

■ 新疆維吾爾自治區廣播電視局2071臺：張冉

中波廣播發射技術是一項實用性強、社會價值和經濟價值并存的技術，在地面、天空兩個領域都有較強的使用價值。在發射、傳播、接收過程中，中波的利用存在一定的技術難度，對中波廣播發射系統有較高的依賴性。天調網絡是現代高新科技的融合產物，具有發射效率高、發射穩定、維護難度低等優勢，專門用于發射機的天線和饋線之間，促使中波廣播發射系統穩定運行。天調網絡在整個中波廣播發射系統中有著重要的作用，為整個發射系統正常運行提供能量傳輸、阻抗匹配、抗干擾等方面的保障。

1. 中波天線工作原理

天線是中波廣播發射系統天調網絡的關鍵，是一種能量轉換器，能夠將高頻電流轉換成電磁波。天線的發射和接收，需要參考方向性系數、效率、增益、仰角、阻抗等多重參數，并滿足互易性定律。天線的極化是指電場矢量的端點隨時間變化形成的軌跡，包含線、圓、橢圓三種極化現象。其中線極化還包括垂直和水平兩個極化方向。中波天線主要采用地面鐵塔作為發射、接收電磁波的天線，所以中波廣播發射系統天線是一種垂直極化天線。天線的有效輻射高度與天線的高度、電磁波波長有關，如表1所示，只有當天線的高度相當于電磁波長度的四分之一，或相當于電磁波長度四分之一的整數倍時，天線才能夠有效輻射電磁波[1]。

表1 不同高度的天線地面損耗電阻、效率

在中波廣播發射系統中，天線的有效輻射高度=0.53λ。天線的阻抗與天線的高度、輻射頻率、地導系數等參數有關。

地網鋪設通常采用放射狀，以中波天線作為圓心，向四周均勻向外鋪設。參與地網建設的接地棒多為Φ2～3的銅線或銅包鋼線，數量為15～120根，長度為0.3～0.5λ，具體長度需要根據中波天線的電磁波長度、天線高度、地網鋪設范圍劃定。地網的埋設深度通常在地下300～500 mm內，既能夠避免埋深過淺，受地表耕作影響，又能夠避免埋深過深，增加地網鋪設的難度和工作量。

2. 中波廣播發射系統中天線調配網絡的組成

天調網絡，全稱天線調配網絡，包含預調網絡、匹配網絡、阻塞網絡、陷波網絡、防雷系統等多個部分，能夠接收到高頻電磁波，是中波發射系統的重要組成。

2.1 預調網絡功能

預調網絡是一類串聯、并聯元件，主要用于雙頻共塔天線，可協調兩個不同頻率帶來的不同阻抗，可避免不同頻率帶來的不同電壓、電流之間相互影響，減少雙頻共塔的噪聲、串音、穩定性不足現象。串聯元件和并聯元件在天線底部接入，還能夠幫助中波天線管理人員進行不同頻率下阻抗的計算，并起到一定的防雷作用[2]。

2.2 匹配網絡功能

匹配網絡是一種用于天線輸入阻抗匹配饋線特性阻抗的傳送網絡，能夠改善機房與天線物理距離較遠帶來的匹配難問題，能夠改善高頻能量高效傳送難、容易形成駐波的問題，保護發射機的安全和工作效率。匹配網絡通?？煞譃棣?、倒Γ、T、Ⅱ型，分別有不同的特征和應用優勢。①Γ型匹配網絡具有結構簡單、元件少、適配度高的優勢。當饋線特性阻抗高于天線輸入阻抗，且品質因數Q處于2～6時，多采用Γ型匹配網絡；反之，采用倒Γ型匹配網絡。當品質因數超出2～6時，需采用其他類型的匹配網絡。②當品質因數Q小于2，且饋線特性、天線輸入阻抗都小于100Ω，比值小于5時，需要采用T型匹配網絡。T型匹配網絡可以被視作一個Γ型和一個倒Γ型的串聯產物。③當品質因數Q小于2，且饋線特性、天線輸入阻抗都大于150Ω時，需采用Ⅱ型匹配網絡。Ⅱ型匹配網絡可視為一個Γ型和一個倒Γ型的串聯產物。T型與Ⅱ型的差別在于，T型是并聯臂上的兩個電容或電感并聯下的網絡，Ⅱ型是串聯臂上的兩個電容或電感串聯下的網絡。④當品質因數Q大于6時，需在Γ型匹配網絡的基礎上進行天線阻抗調整，以此來滿足天線輸入阻抗與饋線特性阻抗的匹配需求[3]。中波廣播發射系統中多采用T型匹配網絡，原因在于中波廣播發射系統所采用的饋線特性抗阻較小且滿足T型匹配網絡的要求；T型網絡能夠通過不同的電容或電感組合調整品質因數Q，實現精準的網絡變換，滿足中波廣播發射系統對Q值的要求。

2.3 阻塞和陷波網絡功能

中波天線在發送信號的同時也在接收信號，臨頻信號會通過饋線進入發射機，形成高頻干擾倒送現象，導致發射機內出現信號波形畸變，甚至可能在倒送現象持續增強的過程中出現場效應管爆裂的可能。阻塞網絡是預防天線高頻電壓倒送現象的關鍵環節，能夠有效避免場效應管損壞，避免中波廣播卡頓、停播的情況。阻塞網絡實際上是一種并聯諧振電路，當它串接在天調網絡上，并且諧振頻率等于要抑制的干擾信號頻率，諧振發生時能夠產生大阻值，對高頻干擾信號形成抑制，減少其進入發射機的可能性。而阻塞網絡對于發射機而言屬于電抗，諧振頻率小于工作頻率則屬于容性電抗，諧振頻率大于工作頻率則屬于感性電抗。陷波網絡實際上是一種串聯諧振電路，以串聯形式接入中波天線系統中時，一端連接天線，一端接地。陷波網絡可以為進入饋線的干擾信號形成一個較小的阻抗，引導干擾信號通過這個阻抗較小的通路直接進入地網，形成對發射機的保護。陷波網絡同時是工作時的阻塞網絡，中波天線管理團隊判斷何時使用陷波網絡，何時使用阻塞網絡，需結合高頻信號對中波天線的干擾強度。陷波網絡對于發射機的保護弱于阻塞網絡，但阻塞網絡對中波天調網絡的功率損耗大于陷波網絡，所以當干擾頻率較大、發射機對防護需求較大時應選擇阻塞網絡，當干擾頻率較小、發射機對防護需求較小時應選擇陷波網絡[4]。

2.4 避雷系統功能

避雷系統是中波天線系統中預防雷電導致功放管過熱、過流、損壞情況的關鍵，其中包含放電球、電感線圈、地網等。放電球材質以石墨為佳，放電效果優于金屬材質放電球；放電球接地線由磁環和金屬桿組成，磁環數量在45~55范圍內。石墨放電球+磁環+金屬桿可在雷電擊中瞬間的形成一個對地通路，使電流無阻進入大地，電感不會超過幾十微亨，最大程度上發揮放電球對天線的保護作用，解決塔基遭遇雷擊時放電不徹底的問題。微亨級電感線圈通常鏈接在天線下端，是相較于放電球阻抗更小、防雷效果更好的選擇。線圈通常選擇直徑較大、長度較小、圈數較少的銅條、銅管，既能夠減少自身電阻分量，又能夠減少電抗分量，基本不存在遭遇雷擊時放電不徹底的問題，能夠將雷電帶來的能量全部釋放入大地。耐高壓電容隔離通常以串聯方式安裝在天調網絡中，C0取值通常在1000～3000PF之間。C0取值越高越能夠隔離雷電對電動機的影響，但過高會影響中波頻率的壓降。中波天線建設和管理中常采用多只耐高壓電容并聯可提高電流幅值，串聯可提高耐壓幅值，充分發揮電容的特性。在進行串并聯時，應選擇相同規格、大小的耐高壓電容，避免出現電容量不同導致電壓、電流不同的“短板效應”，避免增加耐高壓電容的使用風險。

3. 中波廣播發射系統天調網絡的實際應用和維護

3.1 天調網絡應用前調試

不同規格的發射機、天調網絡需要采用不同的方式進行調試準備，提高調試的準確性，保證調試的安全性，為天調網絡的正式應用做準備。

3.1.1 明確調試原理，為調試工作提供參考

明確調試原理是天調網絡應用前調試工作的重要一環，能夠使調試人員掌握切實可行的調試參考依據，提高調試的準確性。比如，面對900 kHz的發射機，調試工作開展過程中應以儀表面板所展示的各項數值作為調試參考；1300 kHz的發射機在進行調試時，則需以天線作為調試參考。這是因為1300 kHz的發射機儀表面板表頭量程范圍較900 kHz的發射機更大，準確性更低，不適合作為調試參考。

3.1.2 做好調試準備，為安全調試奠定基礎

在調試工作正式開始前，調試人員須先熟悉天調網絡的圖紙，準備好調試所需的順序、材料以及安全保護裝置，降低調試過程中出現問題的可能性。比如，放電球間隙是重要的調試內容之一，調試人員須提前熟悉天線放電球的位置和間隙規格，按照規則逐步調試，避免出現調試不達標、放電球損壞的情況。

3.2 天調網絡應用中維護

天調網絡運行過程中，受到環境、天氣因素的影響較大，可能出現工作效率低、元件損傷、發射機穩定性受損等不同程度的問題，影響中波廣播發射系統的運行效果。所以，做好天調網絡應用中的維護工作，是運維人員的工作重點。

3.2.1 使用專門的工具，降低對元件損傷

中波廣播發射系統天調網絡中包含很多元件、線路，屬于高科技含量較高的技術設備，保養維護時需注意人為操作對元件的損傷。運維人員在維護中需使用專門的工具，并遵循輕擰、輕修、慢推、快焊的運維原則，降低對細小元件、線路的人為損傷，確保維護動作不會成為天調網絡新的故障元兇。除了要使用專門的工具、謹慎對待元件維護外，運維人員還應定期對天調網絡進行除塵、清雜工作，降低細小灰塵堆積給天調網絡元件帶來的負面影響，使天調網絡零部件處于安全的運行狀態。

3.2.2 注意安全用電，保護運維人員安全

中波廣播發射系統天調網絡是依賴于電波、電磁波而運作的系統網絡，電能貫穿于系統運行的全過程，運維人員經常需要在保持中波廣播發射系統連續運行的情況下開展維護工作，對電路、元件的工作狀態進行檢查。所以，注意安全用電是保護運維人員安全，降低電安全事故發生概率的重要一環[5]。

3.2.3 天調網絡的檢測維護常用技術闡述

在中波廣播發射系統天調網絡維護過程中，運維人員常用外觀檢查、儀器測量兩大類技術方法，在最短時間內找到故障所在，并提出解決問題的方案，為中波天調網絡的穩定運行提供保障。①外觀檢查。外觀檢查對運維人員自身的工作經驗、工作能力有較高的依賴性，運維人員通過觀察、傾聽、嗅聞、觸摸等手段去發現中波廣播發射系統天調網絡當下運行狀態中的異常，去判斷異常背后可能存在的故障類型和故障位置，并給出針對潛在故障問題的解決辦法，將隱藏故障消滅于萌芽，保證中波廣播發射系統的穩定運行。比如，運維人員在外觀檢查時發現，瓷餅電容存在溫度過高的問題，需要及時進行判斷和微調，找到連接不暢導致溫度過高的連接點所在，及時排除隱患，避免局部溫度過高影響天調網絡的安全。②儀器測量。借助測量儀器、儀表面板參數確定中波廣播發射系統天調網絡中存在的問題，確定中波天調網絡故障的類型和位置，提出解決方案，是運維人員面對高科技技術設備時的常用檢測維護技術。電流、電壓、電阻是中波天調網絡中的重要運行元素，天調網絡中各個元件、線路的安裝和使用都需考慮這三個元素，所以，電流法、電壓法、電阻法也成為中波天調網絡中的基礎測量方法。

3.2.4 做好天調網絡信息記錄和存檔備查

中波廣播發射系統天調網絡的日常運行信息需及時記錄存檔，這是運維人員判斷天調網絡是否出現隱藏故障的重要參考。運維人員通過調查天調網絡的運行信息，發現發射機面板上的駐波比出現波動，有超出安全界限的趨勢，應及時檢查天線匹配網絡，降低駐波比，保證發射機的運行功率。運維人員還可通過日常信息的記錄，判斷中波廣播發射系統中需要重點進行微調的元件、線路或系統組成，安排好停機檢查的工作內容，減少停機所需的時間成本，保證中波廣播發射系統的滿功率運行。

3.2.5 定期檢查維護地網，保證接地安全

地網是天線在接收、發射電磁波過程中保證安全的基礎，定期檢查和維護地網安全是運維工作的關鍵。地網連接處、外圍接地銅條等都是運維人員的地網檢查關鍵，可提高地網的安全性，降低地網故障帶來的能源損耗、安全風險。比如，運維人員在儀器測量中發現地網電阻低于正常狀態，無法為天調網絡提供安全的接地服務，須及時排查地網出現的故障。如果發現地線脫落、焊接處脫離等安全問題，須及時進行處理，保證地網處于標準運行狀態，為中波天調網絡提供穩定的接地防雷服務，保護發射機等關鍵零部件的安全。

4. 結束語

天調網絡是中波廣播發射系統的重要組成，是中波廣播發射系統中虛部的主要體現，元件、電路的合理使用和有效維護共同為電磁波、電波的運行創造條件，保證中波廣播發射系統的穩定運行。本文圍繞中波廣播發射系統天調網絡的構成和應用進行了分析，能看出目前天調網絡在我國雖然已經發展得相對成熟，但仍有繼續優化的空間。