天线场区搬迁改造方案设计与
优化

孙 演

福建省广播电视传输发射中心901台 福建 宁德 352000

摘 要：随着社会经济的快速发展，城市发展范围的扩大，原有中波发射台位置被纳入发展范围，发射台的发展与城市化进程存在诸多不协调的问题。现如今当发射台与城市发展进程相互制约时，往往采取发射台整体搬迁至城市边缘地带，为城市发展让路的方式。这样的方式也面临着诸多问题，一是加大选址难度，发射台对地理位置有着很高的技术要求，选址均要符合各项技术标准，选址的范围大大缩小。二是资金投入巨大，现如今整体搬迁一座发射台需要的建设经费和用地成本较高，很容易造成现有设备的浪费，无法二次利用。三是建设周期长，整体搬迁一座台站，需要的特殊施工程序比较多，无法短期内建设完成。本文主要论述福建省广播电视传输发射中心901台现址在面临城市经济建设发展过程中，为同时保障当地政府经济建设发展和安全播出工作任务，设计了天线场区搬迁改造技术方案，并从实际应用中分析和优化该方案，从而能够减少资金投入，节约成本，缩短施工工期的优点，既支持当地经济建设，又确保发射台覆盖效果不受影响。

关键词：不协调 搬迁改造 设计 分析 优化

由于周边宁德新能源公司二期项目的建设位于台区西侧，与发射天线底座中心的最近距离不到120米，根据《福建省广播电视设施保护条例》，新能源二期建设违反了第九条第二条款中禁止在中波发射天线塔桅150米处为计算起点，超过仰角3度的建筑施工。按照以往的方案就是台站整体搬迁，但是实际中存在选址难、资金投入大、工期长的难题。为了保障新能源公司的二期项目建设，同时兼顾我台的安全播出，决定采取对福建省广播电视传输发射中心901台现有天线场区进行搬迁改造。

一、天馈线区现状

（一）主要覆盖范围环境现状

新能源有限公司原计划二期建设用地紧挨台地网边界（图1红线位置），原计划将高20多米的厂房建在《福建省广播电视设施保护条例》规定的禁建区内；同时将2＃110KV变电站建在台区西侧；紧挨台东西侧（东西主要覆盖方向）兴建三期工程（厂房和住宅区）。目前，三期工程中的厂房已建成，并已投入使用，部分二期工程还在建设之中，具体如图1所示。

（二）主要覆盖范围造成影响

1.增加了地波传输损耗，缩小了覆盖范围

中波广播信号以地波传播为主，传播距离与发射机输出功率、发射天线增益、地面损耗直接相关。在中波电波传播范围内，中波场强E为自由空间辐射体的场强E0和衰减因子Ls的乘积，即E＝E0·Ls。其中

E0（毫伏/米）＝173*/R（公里）（P单位为千瓦）

Ls=（2+0.3p）/（2+p+0.6p2）

p＝[100π*R（公里）]/[6*σ（西门子/米）*λ2（米）]

由以上公式可知，中间系数p和导电率σ成反比，当σ变小时P增大，衰减因子Ls变小，中波场强E随之变小。

从901台天线场区到宁德市城关的中波广播信号传播路径，原来主要由农田和小山丘组成，如今主要由新能源有限公司和三高示范基地的建筑群（σ＝8×10-4）和农田（σ＝1×10-2）、小山丘（σ＝1×10-3）组成，使宁德市城关的信号场强小于现址的覆盖场强。

2.阻挡作用增加，覆盖范围减小

由于新能源二期建设，增加了阻挡作用，中波沿地面传播的衰减率增大，覆盖范围减小901台属于中小功率中波广播发射台，主要靠地波覆盖。地波沿地面传播，绕射能力取决于波长。波长越短，沿地面拐弯绕射传播的能力越差。

（三）主要覆盖范围相关法律依据

901台最高、最低发射频率其对应的波长均小于新能源有限公司和三高示范基地工作、生活区的长度。这就使得电波实际的绕射传播距离要大于直线传播距离，接收点的信号场强必然随之减小。更何况，新能源有限公司和三高示范基地的建筑群基本上都是以钢筋混凝土为主要建筑材料，将明显吸收电波的传播能量，使覆盖距离进一步缩小。正是由于中波广播信号具有上述传输特点，国务院才在《广播电视设施保护条例》中明确禁止“在中波天线周围250米范围内建筑施工，或者以天线外250米为计算起点兴建高度超过仰角3度的高大。”福建省人民政府结合福建的实际情况，将《广播电视设施保护条例》中的这条规定从250米调整为150米，为妥善处理地方经济发展与中波广播发射正常运行之间日益突出的矛盾创造了条件。

二、天线塔设计方案

（一）天线塔距可行性设计

901台共有9个发射频率，并严格按照GY75034-2015《中、短波广播发射台设计规范》中关于发射天线与遮挡天线最近点间的最小距离1λ的规定进行天线区改造方案设计，不同方案所需要的最小用地面积如表1所示，显然根据实际面积所限均不可行。

（二）天线塔优化设计

901台地理位置特殊，东临高速公路，南为宁德新能源三期项目规划用地，西与正在建设的新能源二期项目用地接壤，东为仓西村民宅区。在考虑天线底部中心距离现有建筑物和规划建筑物的最近距离不小于150米的条件下，可作为我台地网用地的面积不到300亩。因此，要在现台址进行天线场区技术改造，就必须根据实际情况确定天线之间的距离现根据多频共天线的频率之比应大于1.2，且不能为倍频或接近倍频的技术要求，设计了两个方案：

1.五副天线方案（图2和表2）

通过调整天线架设位置，达到三个目的：

（1）新能源公司用地边界线和仓西村村民住宅距天线底部中心的最近距离不小于150米；

（2）天线之间的距离从106.8米增加到150米以上；

（3）地网用地面积从165亩提高到270.8亩。

2.四副天线方案（图3）

3.两种方案应用分析

在天线区用地面积一样、周边环境条件相同的情况下，两种方案各有利弊。

五副天线方案：A2天线单频发射，调配网络简单，向外辐射效率高，有利于省一信号的覆盖，但投资大，天线之间的距离要比四副天线方案小，相互间影响增大。

四副天线方案：投资少，天线间距离可以不小于180米，相互间的影响要比五副天线方案小，有利用稳定播出，但A1天线三频共塔，调配网络复杂，稳定性差，插入损耗大，向外辐射效率必然低于双频，将直接影响福建人民广播电台一套节目信号的覆盖范围。因此，901台最终采取五副天线方案。

（三）中波铁塔天线选择

901台采用自立塔天线，该塔与传统的轻型拉线式中波天线相比具有三大优点：

1.外形美观，能使天馈线区成为我台周边环境的一道景观；

2.占用耕地面积比拉线式天线少，不会对耕作和养殖造成影响；

3.维护范围小，可以避免不必要的纠纷。

（四）发射天线高度设计

通过提高发射天线高度，增大天线增益，来补偿由于传输路径上地面环境劣化而产生的传输损耗。当发射机的输出功率小于或者等于50kw时，天线电气长度为0.20λ～0.53λ。据此，可以确定中波天线高度依次是：

A1，105米，额定输出功率10kW+3kW；

A2，105米，额定输出功率10W；

A3，105米，额定输出功率3kW+3kW；

A4，76米，额定输出功率3kW+3kW；

A5，76米，额定输出功率3kw+3kw。

（五）天线塔距优化设计

从106.8米增加到150米以上，既可以减少相互之间的影响提高天馈线系统运行的稳定性和安全性，又可以简化调配网络，减少插入损耗，也就提高了天线向外辐射的有效功率，增大了覆盖距离。

三、地网设计

（一）地网铺设设计

当发射机输出功率小于50kw时，531～747KHz和756～1602KHz的每根地网导线长度分别为0.2λ～0.35λ和0.25λ～0.5λ。本项目所取地网半径均为120米。这样，就将使地网有效使用面积从现有的187亩提高到269亩，使每付天线地网导线的长度都达到设计规范要求，减小了各副天线的地面损耗电阻，提高了各副天线的辐射效率。每副天线的地网均为辐射状敷设，由每隔3度一根的直径3.0硬铜线构成，共计120根。地网线埋深300～500毫米。地网线汇集在铁塔中心，用环形铜板锡焊连接。环形铜板与天线调配室的接地母线接好并锡焊牢固。

（二）地网施工方案

由于现址上的天馈线区均是鱼塘和虾塘，地质属于滩涂淤泥地，大型机械无法入场，如果采用人工施工填埋地网铺设，易造成本提高，工期延长，布线深度达不到要求。经过实践认证，采取75型钩进场施工，在钩机行进中使用两片铁片板垫铺交替行进施工；定制85厘米长的铁钩安装于钩机前端，按照铺设线路钩出85厘米深的地网沟，然后人工布线，最后钩机回填压实，如图4所示。

四、调配网络设计

（一）调配网络设计

在每个发射塔下各设一间调配室，天线均采用集中参数元件调配。主要广播发射频率的调配网络按数字广播的要求设计，其他实验频率对广播发射频率的影响必须降到最低。天线调配网络必须严格匹配，并具备良好的通带特性。

612kHz和1287kHz天调网络需要满足以后数字广播的要求，满足中心频率±5kHz，VSWR≤1.05；中心频率±10kHz，VSWR≤1.2；中心频率±15kHz，VSWR≤1.4；其他频率网络需要满足中心频率VSWR≤1.05：中心频率±10kHz，VSWR≤1.2。

（二）调配网络方案

1.调配网络设计方案（表2）

2.原理图（图5）

3.馈线管选择

中波馈线采用50欧姆的同轴电缆，10KW中波发射机采用50-37-3馈管；3KW中波发射机采用50-23-3馈管。

4.馈管架设设计

馈线采取地下铺设的方式进行，其中地下铺设方式又分为两种：暗铺设和明铺设方式。因为我台两座塔座在围墙里面，另外三座在围墙外面，里面的两座馈管铺设采取明铺设方式，围墙外面三座考虑到安全问题采取暗铺设方式。

明铺设方式：天线区围墙内维护便道上的馈管在维护便道一侧设置带热镀锌钢格栅盖板的馈管沟道，将馈管敷设在沟道内的支架上，馈管底部距沟道底不小于0.3米，如图6所示。

暗铺设方式：在水泥路和新增的维护便道一侧地下预埋SC80金属管，并设置间距不大于25米的人手孔，以便暗铺设馈管，如图7所示。

五、覆盖与电磁辐射计算

（一）预测依据与方法

根据改造后场地位置、发射功率、天线和频率参数，对改造后中波场强覆盖进行预测计算。本方案覆盖预测采用瑞谱公司WRAP专业频率规划计算软件，该软件能够对中波广播、调频广播和地面数字/模拟电视广播、移动多媒体广播进行频谱扫描、场强预测、覆盖分析、干扰分析等。

（二）覆盖预测结论

901台现有发射条件已经变差，包括建筑物遮挡、地网破坏等，主要覆盖区的广播信号已经不如新能源公司入住之前。我台为原址改造项目，天线区面积比以前增大，天线布局更加合理。根据实际工程经验，改造后广播节目的覆盖范围会比以前大，发射效果将跟理论预测比较接近。通过以上对新建中波台天线覆盖预测计算可见，改造后的天线系统理论上能够满足覆盖宁德市及周边区域的要求。

（三）电磁辐射计算

1.计算依据与方法

为评价中波天线电磁辐射对外部环境的影响，根据《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T10.2-96）中规定的预测理论计算近似公式：

式中：

A一地面衰减因子；

d一被测位置与发射天线水平距离，单位km；

P一发射机标称功率，单位kw；

X一数量距离；

G一相对于接地基本振子（点源天线G＝1）的天线增益（倍数）；

ε一大地的介电常量（无量纲）；

σ一大地的导电系数，1/（Ω·m）。

当采用近似公式计算，基本振子（单极子天线）G＝1.64，土地选取干地类型，大地介质常量ε＝4.0，大地导电系数σ＝1x10-3。中波发射台中波天线辐射环境评价限值（公众照射管理限值）按28.3v/m选取。T1～T5为周边需要计算的环境敏感点，是几个距离天线区最近的可能有人员活动的区域，具体如图8所示。

从图中红线可见，敏感点T1～T5综合辐射场强值在11v/m~20v/m之间，均小于公众照射超标限值。通过对我台天线系统优化布置，改造后对周边环境的电磁辐射在安全范围内，为周边居民营造了一个相对安全的电磁环境。

2.辐射理论计算结论

由于改造后天线间距变大，天线间相互影响减小;同时天线高度比原来变高，天线发射效率提高。因此改造后天线辐射场强有所提高，改善了广播节目的覆盖效果。

六、结语

通过天线场区改造设计方案的分析与实际应用过程中的相关优化方案，让天线场区搬迁改造得以顺利进行，从而推动了我台事业建设发展，提高了播出效果，又促进了当地的经济建设，达到了相互协调发展。

参考文献：

1.李兵根.试论有限占地条件下发射台的搬迁改造[J].广播与电视技术，2013，40（4）：111-0.

2.贾秀丽.中波广播发射天线的维护和场区保护[J].数字通信世界，2018，No.161（05）：236.

3.姜畔，柴立新，詹泊诚.中波广播发射天线的原理及场地保护[J].通讯世界，2017（6）：157-157.

作者简介：

孙 演 工程师，现任福建省广播电视传输发射中心主任助理、901台台长。

【责任编辑：林 刚】