罗轶洲

（广东省广播电视技术中心，广州 510012）

楼顶锥面顶负荷小天线的可行性试验

罗轶洲

（广东省广播电视技术中心，广州 510012）

本文简要介绍了锥面顶负荷小型中波天线的技术原理特点，以及在办公楼顶使用锥面顶负荷小天线进行中波发射的试验，并通过实测数据对其进行可行性分析。

锥面顶负荷；小天线；平衡网

1 引言

随着科技与经济的飞速发展，城市建设快速向市郊发展，土地资源越来越紧俏。大量原处于市郊的中波发射台站受城市快速扩张的影响，占地矛盾迅速升温。一个中波发射台占地一般在几十亩甚至上百亩，但其中90%的面积都被发射天线占据。在寸土寸金的当下，如此大的土地占用，成为发射台站发展的障碍，而中波台站的搬迁又受城市规划、环境保护、巨额的基建和设备投资等诸多因素制约。因此，新型中波小型天线应需应势而生。目前，小天线有锥面顶负荷式、谐振腔式、耦合式、曲线式、双锥式等中波天线，其中锥面顶负荷式天线应用最广。

经过这些年的发展和应用，安装在地面的锥面顶负荷式小天线在稳定性和发射效果方面已经非常成熟，但是，楼顶锥面顶负荷小天线的应用一直没有很大的突破。本文介绍了在办公楼顶使用锥面顶负荷小天线进行中波发射的试验及可行性分析。可想而知，在城区内若采用现有的办公楼顶作为中波天线的场地将是节约用地最有效的手段，这对于中波发射台站也将是跨越式的发展。

2 锥面顶负荷小天线的技术原理及特点

此次试验选用的是咸阳某公司生产的锥面顶负荷小天线（以下称小天线）。该小天线是在传统中波小天线的理论基础上，利用锥面顶缓变原理、折叠振子天线原理、分布参数和集总参数加载原理有机的融合，从而开发出来的一种新型中波天线。这种天线既符合传统天线的理论，也符合当今社会上提出的一些新的理论（交叉场理论及利用半光子理论解释的新天线理论），此天线的理论基础依然是麦克斯韦方程和电磁波形成的波印廷矢量。所不同的是，在小天线的结构和工作机理上，与传统中波天线相比有了创新。按照比较容易理解的说法，小天线综合了以下三个方面的技术因素：

一是延用了天线加顶原理。小天线在垂直辐射段顶部设置了面积相当大的“顶”负载，我们称作超级顶负载。与此同时，将超级顶负载做成锥体形状，根据锥角2θ=90°时，天线辐射效率最高的理论，将锥体的角度定为90°。这一技术的应用使天线高度大大降低，而辐射效率却大大提高。

二是利用了电磁场的交叉理论。做成锥体状的超级顶负载相当于电容的一个极板，大地（包括地网）相当于电容的另一个极板，两极板间形成电场，而垂直辐射体段由于有电流流过，在其周围形成磁场。其原理参见图1。

图1 锥面顶负荷中波小天线发射原理图

如图1所示，锥体与地之间存在着E场线，而在垂直辐射段周围存在H场线。由右手螺旋定理可知，在与垂直段垂直的平面内，H场线的方向是逆时针的。显然，E场线与H场线是正交的，由于相互切割而形成交叉场。交叉场的存在无疑增加了天线的辐射效果。

三是利用了天线底部载理论。在设置了超级顶负载从而降低了天线容抗的基础上，天线底部加载可以进一步降低容抗，使小天线更加趋于谐振状态，由此提高Q值，从而大幅度提高锥顶上的电压，这又进一步提高了小天线的效率。

由以上理论分析，只要满足以下条件，提高小天线的发射功率是完全可行的。一是要有一个耐高频高压的天线支撑体，保证在大功率工作时，任何天气条件下不能产生放电；二是要有可以完全承受发射功率的锥面顶负载和垂直辐射段；三是要有可以承受大于2.5倍耐压和1.5倍电流的调配系统；四是要有接地良好，地阻极低的地网和地井。

3 试验介绍

本次试验选址是广州市区的某一中波发射台。该试验的目的是对楼顶小天线和现在普遍使用的传统中波天线的发射效果和场强覆盖进行对比测试。试验主要完成小天线的架设、地网的铺设、传输馈管的铺设、调配网络的安装调试、播出链路的搭建、发射效果和场强覆盖的收测、对机房楼的电磁干扰测试等工作。

本次试验采用的小天线是由咸阳某公司自主研发的锥面顶负荷小型中波天线，高26米（见图2），架设在机房楼顶，机房楼顶离地面约13米；地网采用平衡网方式，采用46根长为8～25米不等长度的Φ2mm铜线，以天线为中心呈辐射状依楼顶地势铺设（见图3）；地井借用原机房地井，测试接地电阻为0.3Ω，通过宽为20cm的铜带接至小天线塔底；传输馈线采用射频同轴电缆，型号为中波波纹软馈SDY-50-37-3，长度为70米；发射机采用目前该台正在使用的由上海某公司生产的数字调幅（DAM）中波发射机，播出频率为927kHz，播出功率为10kW，播出信号采用1kHz单音信号。

该台目前播出的927kHz频率有一主一备发射机，为了方便对比楼顶小天线和原传统中波天线的覆盖情况，试验将主用发射机输出接至传统中波天线，备用发射机输出接至试验的小天线上，主、备发射机均采用同一信号源，调制度100%，播出功率10kW。场强收测时就可以通过来回倒换主备发射机，实现小天线和传统天线的覆盖情况对比。

收测使用的场强仪是南京某公司的中波场强仪PNA3940。在接收试验地点的选择上，我们选择广州市的正东、东南、正南、西南、正西、西北、正北、东北八个方向进行了10km和20km处的定点接收测试，分别测量了传统天线和小天线的覆盖场强和收听效果，测试数据见表1。

图2 架设楼顶的试验天线

图3 地网分布图

表1 小天线试验测试点及测试数据

4 结论

基于本次楼顶小天线实验测试数据对比，我们可以得出的结论：

（1）从场强和收听效果收测上看，小型中波天线的效果似乎不如传统中波大天线，这可能与这次试验受场地所限，地网铺设不够规范有一定关系。如果地网做得再规范点，估计小天线的效果是可以与大天线相媲美的，这也验证了在楼顶使用小天线进行中波发射覆盖的可行性。

（2）通过对机房楼的电磁干扰测试看，小天线安装在楼顶对机房楼的电脑监测设备、电话和照明空调等设备是基本没有影响的。

（3）这种小型中波天线轻便、体积小、造价低，可以大大节约安装架设成本。尤其是这种天线可以安装在楼顶，有效地节约了场地资源，可以解决一直困扰中波发射台站的天线区占地大，土地资源浪费的难题。

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Feasibility Test of Roof Cone-shaped Top Load Small Antenna of AM

Luo Yizhou
(Radio and Television Center of Guangdong Province, Guangzhou, 510012)

This paper briefly introduced the Technology Principle and characteristics of the cone-shaped top load small Antenna of AM. It introduced the test of using the cone-shaped top load small antenna of AM to transmit and the feasibility analysis based on the measured data.

cone-shaped top load; small Antenna of AM; balance net

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.07.002

TN822+.2

A

1672-7274（2015）07-0004-03

罗轶洲，男，1974年生，工学学士，MBA硕士，广播电视工程师，工信部高级项目经理，现任广东省广播电视新技术开发公司总经理，从事广播电视新技术的开发及应用实践，主持和参与了多项广播电视工程及技术服务项目。