中波广播发射天线原理与场区保护肖大明摘要：本文对中波发射天线的原理进行了分析，并提出要按照广播电视保护条例对中波天线有效覆盖区进行保护，同时指出，为保护人身健康，要远离天线电磁污染幅射区。

关键词：中波天线原理；天线有效覆盖区；人身安全防护区1前言中波广播技术自诞生以来，在我国声音广播的发展史上扮演着开拓和发展广播覆盖事业不可替代的重要角色。

由于其自身的传播特性，一直受到广播业界的青睐，现在仍然是广播覆盖的主要手段。

中波广播工作在526.5～1606.5kHz频段范围内，波长在569.8～186.7m 之间。

该频段无线电波的传播特点主要是靠地波传输（夜间也有天波传播），沿地面传播的电波衰减较小，场强较高，抗干扰能力较强，可形成一个比较稳定的服务区，约几十km～百于km（视发射功率而定）。

在此有效覆盖区内，都可以收听到较高质量的声音广播。

它不仅粗盖范围广，绕射能力强，信号稳定可靠，而且收音机价廉便携，是广大低收入人群非常喜爱且最为普及的信息获取手段，也是广大农村地区广播无线覆盖的主要方式。

随着科学技术的不断发展，中波广播发射设备的固态化、数字化等技术得到广泛应用，更新了原有的高能耗、低质量、故障多的电子管发射机，使中波广播跨入了崭新的数字化时代。

特别是随着新技术的不断涌现，人们不断的赋予广播以新的技术，用新的科技成果改造和发展着无线广播这个传统媒体。

目前，国际、国内的DRM实验已取得成功，昭示着中、短波广播全系统脱胎换骨式地革命即将到来。

届时，可在原模拟中波广播的一个频点上，传送多套CD质量的声音广播节目和数据广播。

由此可见，不论信息科技如何发展，新媒体完全取代传统媒体是不大可能的。

中波广播仍将是无线广播覆盖的强大主力军。

改革开放以来，我国的经济、社会不断发展，人民生活水平普遍提高，同时也带动和促进了城市的建设发展。

随着城市规模的不断扩大，导致过去原位于城郊的中波广播发射台已逐步陷入城市的中心区域。

大部分中波发射台都被高楼大厦包围，天线场地屡遭蚕食、侵占，严重地影响了中波广播的覆盖效果。

许多发射台不得不面临着搬迁境况。

为了正确处理好城市发展与中波广播生存间的矛盾，有必要依据《广播电视设施保护条例》，阐述中波广播无线电传播理论，揭示电磁污染与健康。

以使各方面深入了解中波广播技术，掌握如何科学地保护天线场区，保护人们生活居住的环境和健康。

为了有效保护广播电视设施，国家及各地政府相继颁布、下发了各类保护条例和文件。

2000年11月国务院第二百九十五号令颁布了重新修订的《广播电视设施保护条例》。

条例明确：广播电视信号发射设备，包括天线、馈线、塔桅（杆）、地网、卫星发射天线及附属设备都属于保护设施。

广播电视行政管理部门负责所管辖的广播电视设施的保护工作，并采取措施，确保广播电视设施的安全。

任何单位和个人均有保护广播电视设施的义务。

禁止任何单位和个人侵占、哄抢、私分、截留、破坏广播电视设施。

任何单位和个人对危害广播电视设施的行为，均有权制止并向有关部门报告。

保护措施中第六条之规定：禁止危及广播电视信号发射设施的安全和损害其使用效能的下列行为：（1）拆除或者损坏天线、馈线、地网以及天线场地的围墙、围网及其附属设备、标志物；（2）在中波天线周围250m 范围内建筑施工，或者以天线外250m 为计算起点兴建高度超过仰角3°的高大建筑。

上述两条，从技术的角度确定了中波发射天线、地网、场地及设施的保护范围。

中波广播的天馈线、地网是无线广播电视必不可少的设施，它是把中波广播发射机产生的大功率高频电流转换为电磁波能并辐射出去，以供覆盖区内的收音机接收到该电磁波并将其还原成声音。

拆除或者损坏这些设施都将危及中波广播传播功能的实现。

2中波发射天线原理中波广播发射天线通常采用垂直振子单桅杆拉线天线铁塔，底部绝缘，经馈线、天调网络与铁塔底部连接。

地网是以铁塔底部为圆心深度为0.8m 左右的土壤中呈辐射状敷设的铜网。

用以减少大地电流的损耗，提高天线辐射效率，如图1所示。

天线、馈线、天调网络和地网的各项指标的优劣都将影响整副天线的效率。

2.1天线高度通常中波天线的辐射场强水平方向图为圆，垂直方向图与天线的高度有关。

天线的高度一般取0.25～0.5λ（波长）为佳。

在此高度范围内，即可获得稳定地面波服务区的最大场强，又可避免天线高度大于0.5λ时出现副瓣引起的高仰角辐射天波能量的增加，导致害多利少的天波衰落问题。

因此，中波天线的高度直接影响天线的效率和有效辐射功率。

目前中波台多采用75m 定型塔（适用于频率在1000kHz 左右以上频段）和140m 左右高度的铁塔（适用于中波低频段）。

若在低频段使用75m 定型塔，需采用顶负荷天线，以增加天线有效高度，提高天线底部输入阻抗，从而提高天线辐射效率。

发射天线的效率是衡量天线将高频电流转换为电磁波能量的有效程度，是天线的一个重要电参数，定义为天线的辐射功率P a 与输入功率P in 之比，记为ηa 。

即： ina P P a =η 天线的辐射功率P a 可等效成一个电阻的损耗功率P a ，即m am a R I P 2= 式中，I am 为天线最大点电流；R m 为天线辐射电阻。

辐射电阻是发射天线的重要特性参数之一，是虚设的热耗电阻，R m 越大，辐射到空间的功率P a 也就越大，因此P a 可以表示天线的辐射功率。

由于中波天线属于镜像对称振子类天线，它的辐射电阻可按下式计算20/280）（λπL R m =式中，L e 为垂直天线有效高度，天线的高度决定了天线辐射电阻大小。

根据简单计算就可得出天线高度减少一半，天线的辐射电阻就会减少一半，辐射功率也将减少一半。

天线的输入阻抗应与馈线匹配，因此中波天线的底部输入阻抗是必须掌握的参数，天线输入阻抗Z in 是天线馈电点的电压和电流之比。

Z in =U in /I in通常天线的输入阻抗是一个复数，Z in =R in +X in 。

其电阻部分由辐射电阻和热电阻决定，而电抗部分取决于天线的相对高度。

近似计算垂直振子的输入阻抗的电阻部分可用有效高度求出。

22160）（λπL R in = Ω输入阻抗的电抗部分为：L a W X in ⋅⨯=cos Ω式中：L 为天线高度；W=60×（ln2×1-aL ）Ω由此可见，天线底部输入阻抗的大小主要取决于天线的高度，同时也影响天线效率。

当前出现的各类中波小型天线，无论从上述公式中的计算结果来看，还是实际有效粗盖场强收测数据证明，这些小型天线辐射效率与传统理论的天线相比相差甚远，勉强达到60～70%的效率已经是最好的结果了。

根据广播电视技术手册第七分册中关于天线高度和实有增益的关系表明，天线高度每减少0.1λ（波长）实有增益下降20～30%。

有些厂家提供的小型天线与传统天线相比较的结论性的数据，通常两者是不在同等工作条件下获得的，只是为达到减少中波天线场地占地面积的权宜之计。

无论是经典的电磁学理论，还是科学的实验数据都证实，天线尺寸的减少，无疑都是牺牲了天线效率。

当前中波小天线能否代替传统的天线，众说不一。

这里，西藏拉萨中波台为我们提供了关于传统中波单桅杆天线与小天线场强收测数据比较，如表1所示。

图1 单根铁塔天线布置示意图表1发射机功率：l0kW测试频率：1260kHz、999kHz测试仪器：ML-428B测试日期：2006年7月13日测试单位：西藏拉萨中波台表1中数据已充分证明了传统天线与小天线之间的差异。

2.2地网中波天线的地网是垂直单桅杆天线系统中不可缺少的一部分，天线的辐射是以地网和大地作为中波天线辐射电流的回路，该地网的好坏，关系到天线实有增益的大小和天线效率的高低。

中波天线的实有增益是天线的理论增益与天线效率的乘积。

要提高天线的实有增益就应减少大地损耗。

地网就是为了减少大地损耗而敷设的。

中波天线的地网是以铁塔底部的中心为圆心，以放射状均匀向外辐射，用Φ2～3mm的铜导线或铜包钢，数量为120根，长度一般为O.5λ（波长）。

但在西部干旱地区，尤其是地处沙漠地域的中波发射台，由于土壤导电率较低，地损较大，造成中波天线实有增益减小。

因此，可根据土壤导电率的具体情况，增加地网导线的数量以增加辐射效率。

天线的地面电流是呈辐射状流回天线底部，其电流的分布与天线的高度及地网导线的长度有关。

分析表明，当天线高度较低时，底部附近的地电流很大，地电阻因之也很大。

而短天线的辐射电阻又很小，因此必须敷设良好的地网，以提高短、小型天线的辐射效率。

在距天线距离O.5λ（波长）点，不论天线高度如何，其地电流为定值。

小于0.5λ（波长）的区域为天线电磁感应或谐振场区，损耗与地网关系甚大。

而大于O.5λ（波长）的区域为辐射场，其损耗属传输损耗类型。

地网半径一般以0.5λ（波长）为限。

占地面积较大，大约200亩左右，这也是引起与市政建设矛盾的突出问题。

应考虑科学综合利用中波天线场区，可在场区内种植低杆农作物，也可利用城区大面积绿地，作为自立式中波塔的地网敷设区，以妥善处理与市政争地的矛盾。

3场区保护（1）中波天线区的保护在中波天线附近建楼房，是否影响中波广播无线电波的传播，城市规划部门和建设单位并不十分了解。

一方面，保护条例已作出了明确规定；另一方面，应从中波无线电波传播特性的角度来阐明，建楼房应远离天线。

在靠近铁塔250m并以此为起点仰角3°的距离范围内修建高楼，同样会影响中波广播的传播和覆盖。

众所周知，中波广播波段的波长长，电磁波绕射能力强，传播的距离相当远。

但是，如果在靠近发射天线一边建起一座高楼大厦，将会严重破坏电磁波辐射场型。

如果该建筑物进入保护区，并且该建筑物的尺寸与0.5λ（波长）相比拟时，就会阻挡部分电磁波的能量传输，减弱中波传输的绕射能力，从而大大降低有效覆盖率。

由于中波无线电波是以地面波的形式传播的，因此，可以用地面电磁波传播的菲涅尔区理论来解释。

菲涅尔区就是以收发天线两点为焦点的椭球空间区域。

如图2所示，为中波地面波传播的菲涅尔区示意图。

图2 地面传播的捏菲尔区示意图由于中波传输距离相当远，椭球区非常狭长，椭球的短轴相对其长轴而言小得多，因此，可以认为该电波沿地面传播，电场沿Y轴方向近似无变化。

地面波的传播特性与地面上菲涅尔区内的地质电参数有关，包括地形地貌、土壤导电率、导磁率及收发天线近区建筑物的距离、尺寸和特征。

用我们生活中一个简单的例子来阐明靠近发射天线的大型遮挡物的影响：假设发射天线就如同夜晚一根点燃的蜡烛照亮了整个房间，如果用一只手掌来遮挡这根蜡烛，便可遮挡住半个房间的光亮，手掌越靠近蜡烛，遮挡住光亮的面积就越大。

同理，如果建筑物越靠近天线，挡住的电磁波能量越多。

按照《保护条例》要求建筑物的距离是距天线250m 为计算起点仰角3°，即：d=h/Sin3°+250。