电视与调频广播发射天线建设与改造

1电视、调频广播发射天线建设与改造1、发射天线的作用与重要性发射天线的作用是将发射机输出的高频电能转换成向空间辐射的电磁波能量，并按预期的发射场型和电场强度对服务区进行有效覆盖。在发射台塔桅和天线都是基础性的关键设备。（塔桅的作用主要是把天线举高）在基建或改扩建时塔桅和天线方案规划设计的好坏，选用设备品质的优劣，架设与安装施工是否专业，设备维护是否到位，都直接关系到节目的播出质量和设备的稳定与安全播出。关系到一个工程的投资，也关系到对服务区覆盖的效果以及对周边其它台服务区的干扰。可以说，一个电视或调频广播覆盖网的成功规划与建设，是与正确选择发射天线分不开的。一个发射台能否正常、有效地工作与它的天线质量也是分不开的。2、电视与调频广播的有关技术政策我国的电视与调频广播是由中央、省（自治区，直辖市）、市（地、州、盟）和县（旗）电视台开办的电视和调频广播节目组成四级混合覆盖网，以保证全国95%以上的人口能够看好电视、听好广播。在国家无线电管理委员会划分给电视和调频广播使用的频段内，电视米波频段48.5MHz—223MHz内设置了12个频道，也称为VHF频段。电视分米波段470MHz—960MHz内设置了56个频道，也称为UHF频段。并规定了各电视频道图象载频和伴音载频的频率。在VHF频段内，包含了调频广播的频段；在UHF频段中包含了与其它行业合用的部分。我国的彩色电视每个电视频道的必要带宽为8MHz；其中图象带宽为6MHz；伴音载频与图象载频相距6.5MHz。彩色电视的发射，图象采用调幅方式，伴音采用调频方式。图象信号与伴音信号的载波功率比为10：1。我国的调频广播频段为87MHz--108MHz，每个频道的必要带宽为200KHz，频道间隔为100KHz的整数倍，共210个频道，采用频率复用制。为了防止与电视信号相互干扰，电视的4、5频道已不使用。关于电视和调频广播的服务场强：在彩色电视和调频立体声广播覆盖网中，一个重要的技术规定就是服务区边缘地区的最低场强要多大即可以满足接收。根据1993年公布的国标（国标选用了ITU—R第1087—1号报告书应给予保护的最低场强值）：彩色电视为：波段Ⅰ--46dB（µv/m）；10米高接收天线。波段Ⅱ--48dB（µv/m）；10米高接收天线。波段Ⅲ--49dB（µv/m）；10米高接收天线。波段Ⅳ--53dB（µv/m）；10米高接收天线。波段Ⅴ--58dB（µv/m）；10米高接收天线。调频广播为：农村--54dB（µv/m）；10米高接收天线。城市--66dB（µv/m）；10米高接收天线。覆盖区和覆盖半径：发射机的服务场强等于或大于可用场强的区域称为覆盖区，其边界称为覆盖区边界（边界上的服务场强等于最低可用场强）。发射机到覆盖区边界的距离称为覆盖半径。电视和调频广播的电波覆盖主要靠直射波，为了提高最佳的有效人口覆盖2率，在发射台台址的选择上，最好靠近人口密集的市中心，这样就可以最小的有效辐射功率，覆盖最多的人口。为了降低同、邻频干扰，希望服务半径最大不得超过本级行政区划边界，不超过或少超过视距。为了防止对周围环境的电磁污染和降低干扰场强，避免出现大功率发射机使用低增益、矮天线的不合理情况，对不同标称功率等级发射机的相关技术参数有如下规定：发射机标称功率（千瓦）10310.30.10.03天线最低高度（米）150150100757550天线增益（分贝）≥8≥8≥6≥3≥3≥2馈线损耗（分贝）≤2≤2≤2≤1≤1≤1关于服务区场强的预测和接收，对于电视和调频广播服务场强的计算有多种方法，根据我国电视调频覆盖网规划方法的技术标准规定：传播曲线采用ITU—R370—5建议书推荐的传播曲线。在距发射台D（KM）远处的场强E（dBµv/m）可由下式计算：E=P+E1-A（dBµv/m）式中P1—天线的有效辐射功率dB；E1—从相关统计曲线上查到的场强值（dBµv/m）；A—与地形崎岖度⊿h有关的衰减校正系数dB。天线的有效辐射功率P1可由下式计算得到：P1=P+G-L式中P—发射机输出的额定功率dB；G—发射天线的增益dB；L—馈电系统的损耗dB。关于接收天线的高度与场强值：目前国际上大多使用10米接收天线，建议曲线中给出的也是10米天线的场强值。多年来大家熟悉的是4米接收天线的场强值。有的单位在实际测试时没有10米天线，只能使用4米或1米接收天线，用实测场强值与标准值进行比较，天线由10米降到4米，场强值下降8-12dB，天线由10米降到1米，场强值下降20dB，（米波段，50公里距离）。3、电视调频发射天线系统综述根据人口覆盖的事业重点。目前，我国的电视和调频发射台，大多建在城市人口密集的中心地带，采用全向天线，服务区是圆形的，这样的覆盖场形效率最高，服务区半径10—120公里。服务区的大小依赖于发射台不同的技术参数如：天线高度，天线增益、发射机功率及地形地貌等。有些台则必须使用定向天线，其服务区可能是各种形状，例如大连及北戴河等沿海城市。总之采用何种形式的天线，要根据服务区覆盖的需要，尽可能使服务区的边缘场强满足所需的最低可用场强。在各发射台，塔桅和天线即是播出设备的一部分又是基础性的永久设施。作为将天线举高的铁塔可以使用几十年，按国际惯例一副天线也可以正常使用10-15年。因此，在天线方案的规划、设计、选型、安装和维护等方面都提出了很高的要求，天线的好坏将直接影响节目的播出质量，服务区的场强覆盖和安全播出。33-1天线高度与视线距离地面电视与调频广播频段的频率范围在48.5MHz—960MHz，在无线电波的频谱中属于超短波范围。超短波传播的特点：1、因其频率高、波长短，地波的衰减很大，电波穿入电离层又不能反射回地面，因此地波和天波都不能利用，而主要靠距地面10公里以内的、由直射波和地面反射波组成的空间波传播。2、具有几何光学的性质，视线所及的地方，电波才能达到，在视距范围内可以稳定接收，因此也称为视距波传播。3、因电波离地面较近，受地球曲率的影响，传播距离不远一般只有几十公里，为了扩大服务范围天线需要架高。但是，天线的高度主要根据服务区的大小来确定，增加天线的离地高度，远区的场强增加，天线附近的区域场强要减小。服务区通常以视线距离为限，视线距离与接收和发射天线的关系：视距D的计算：D=4.12（1h+2h）（公里）；式中h1—为发射天线的高度（米）；h2—为接收天线的高度（米）。由公式可见，发射天线和接收天线越高，可视距离就越大。由于受地球表面大气折射的影响，水平传播的电磁波经常沿着微微向下弯曲的路径传播，因此，电波的实际传播距离为视距的1.2倍。3-2天线的有效辐射功率在台址和天线高度选定以后，根据服务区覆盖场强的要求，便可以确定各个方向的有效辐射功率或允许的有效辐射功率。从而选择各方向的天线增益和发射机的功率。天线的有效辐射功率由下式表示：有效辐射功率ERP=P（dB）+G（dB）-L（dB）；式中：P—发射机功率；G—天线增益；L—天线系统中主、分馈电缆，功率分配器等总的损耗。由此，可以看出要增加天线的有效辐射功率，可以采用增加发射机功率或提高天线的增益以及减小系统损耗的办法。3-3天线增益天线的增益随天线的层数增加而增加。天线增益高，有效辐射功率大，服务范围就大，比单纯扩大发射机功率要经济。但增加天线层数，要受到桅杆长度的限制，同时天线增益太高，近区反而接收不好。因此，要根据服务区的实际需要，合理选择各方向的天线增益。3-4全向与定向天线主要根据服务区场形覆盖的需要。全向天线一般采用四面安装，各方向的增益相同。天线的水平面方向图是一个近似的圆，这样的场形覆盖效率最高。定向天线，可以采用一面、二面或三面安装，各面的增益相同，也可以四面安装天线，各面的增益不同等多种组合方式。使天线的水平面方向图有不同的形状。3-5天线的波束下倾对于等幅同相馈电的天线来说，发射的主瓣方向与桅杆垂直，因为地球曲率的关系，可能使主瓣达不到地面。为了减少天线向上半空辐射能量，提高电波的利用率，经常使用电气或机诫下倾的方法，使天线的主瓣向地面倾斜一定角度。下倾角可按下式计算：4θí=（1.5—2）×0.0278tH（度）Ht-发射天线离地高度（米）机诫倾斜：可以有两种方式：1、在塔较高时，馈电相位不变，使顶层天线下倾一定角度；2、在塔较矮时，使各层天线都下倾一定角度，下倾的角度可以相同也可以不同，这样的倾斜对天线增益没有损伤。电气下倾：改变各层天线的馈电相位，即使各分支电缆的长度不同，这样的倾斜将损伤天线增益。3-6天线的零点填充对于等幅同向馈电的多层天线，垂直面方向图中会出现一些零场强点。造成的原因是天线层数增加时，方向图副瓣增加，主瓣与副瓣、副瓣与副瓣之间存在零辐射点。这样处在电视台附近的地区将形成一圈圈零辐射的环带，在此区域内由于场强很弱将影响接收。为了弥补这一缺陷，通常采用改变各层天线的馈电相位，使各层天线的合成场不再为零。从而将零点区域内的场强提高一定数值。一般主要填充靠近电视塔的第一和第二零点，填充量一般为场强最大值的5--20%即可。3-7天线的馈电系统天线的馈电系统有多种组合方式，一般由主馈电缆、功率分配器、移相器和分支电缆构成，对天线的各辐射单元馈电。其中使用一根主馈电缆的称为单主馈方式；将天线分为上下两部分，使用两根主馈电缆分别馈电的称为双主馈方式。功率分配器有多种变比，可以对各辐射单元等功率馈电；也可以不等功率馈电。为实现对服务区的有效覆盖，对天线的各辐射单元，通常使用的馈电方式：1、等功率同相馈电：即对各辐射单元以等功率同相位馈电。2、等功率900相位差馈电：即对各辐射单元以等功率，但使四面相邻单元保持900相位差的馈电方式。这样的馈电方式对系统有补偿功能，可以提高系统的驻波比指标。3、不等功率900相位差馈电：根据需要，可以使多面安装的天线各方向馈以不同的功率，同时使相邻单元有900相位差的馈电方式。这样的馈电方式，水平面方向图的圆度更好，而且可以提高系统的驻波比指标。2-8天线的安装方式各种天线因其特点有不同的安装方式，例如：蝙蝠翼天线只能正交地安装在塔顶桅杆上，若桅杆的直径超过0.2λ，天线水平面方向图的圆度将变坏；用于全向发射的隙缝天线，也需要顶装；使用在UHF频段的四偶极子单元板天线也适合安装在桅杆上。考虑大风时，使桅杆摆动对天线的影响，天线的层数一般不超过12层。为防止灰尘、雨雪或裹冰等自然环境因素对UHF频段天线的影响，可以使用在塔顶天线桅杆的外面安装大型玻璃钢罩的方式加以保护。带有反射板的天线，例如：偶极子天线、背腔天线等，适合安装在塔桅直线段的侧面。因为塔直线段的机诫强度较高，可以多层安装，以组成不同增益和方向性的天线阵。4、常用电视调频发射天线系统在工程上，一副完整的电视或调频发射天线，均是以多层多面组单元天线组成阵列的形式工作的。组阵的依据是：服务区场形覆盖的需要、塔的高度、5类型及桅杆长度、发射机的功率、结合各类单元天线的方向图、增益和功率容量等参数进行选择，组成全向或定向发射的天线系统。组阵的要求是，同一副天线的振子要相同，各层振子的层间距要一致。在用于全向发射时，单元天线通常安装在塔桅的四个侧面，组成全向天线，服务区的水平场型是呈圆形或梅花形的。根据塔桅的截面形式和宽度，可以采用偏置安装，即天线不装在桅杆的中心线上，而是偏离一定的距离，此距离的大小与工作频率、桅杆尺寸等因素有关，且四面天线的馈电相位依次相差900。这种方式可以改善水平面方向图的圆度，也有利于改善系统的驻波比指标。也可以采用斜置安装，即天线安装在桅杆四角对角线的延长线上。一般当塔桅直径较大、振子面数较少时采用这种方式，通过调整振子与桅杆的距离、各层振子的相对位置等可以改善水平面方向图的圆度。如图示：在用于定向发射时，在正方形截面的塔上，可以采用一面、二面或三面安装天线的方式，各面轴向也可以采用不同的层数。此时，覆盖区的水平场型有多种形式，其水平面方向图如图示：垂直面方向图则由天线的层数和各层的馈电相位来决定，层数越多天线的增益就越高，但要受到桅杆允许使用长度的制约。为了实现主波束