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【摘 要】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。文章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。
【关键词】广播电视；中波广播；天线的原理
1.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。
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。
1.1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，导致害多利少的夭波衰落问题。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定型塔和140m左右高度的铁塔。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Pa与输入功率Pin之比记为ηα。即:
ηα■
天线的辐射功率Pa可等效成一个电阻的损耗功率Pa，即:
Pa=Iam2Raf
式中，Iam为天线最大点电流;Raf为天线辐射电阻。辐射电阻是发射天線的重要特性参数之一，是虚设的热耗电阻，Raf越大，辐射到空间的功率Pa也就越大，因此Raf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
Raf=80=π2(Lo/λ)2
式中，Lo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Zin是天线馈电点的电压和电流之比。
Zin=Uin/Iin
通常天线的输入阻抗是一个复数，Zin=Rin+Xino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。
Rin=160π2■■Ω
输入阻抗的电抗部分为:
Xin=W·cosa·LΩ
式中:L为天线高度;
w=6o·(1n2·■-1)Ωo
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。
1.2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0.5λ。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0.5λ点，不论天线高度如何，其地电流为定值。小于0.5λ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0.5λ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。
2.场地保护
2.1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，从而大大降低有效粗盖率。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。
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，挡住的电磁波能就越多。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。式中:d为距离;h为建筑物的高度。例如，一幢8层的楼房只能建在距天线708m的位置。
2.2天线区周围人身的防护
中波广播发射天线场区的电磁污染与人身健康。在距天线250m内的范围，属于0.5λ的天线的近场区，在此区域电磁能最还未形成辐射能，该能量不仅在其电场和磁场之间相互交变，而且还与天线发射的场源相互交换。既有从天线发射出去的电磁能，也有部分不断返回到天线场源的电磁能。它们是由空间密集分布的电荷和高频电流感应而形成的强电场和强磁场，受电荷和高频电流的控制而存在。在天线附近产生很强的电磁感应场，称为近区场。单从电磁环境防护的角度来看，该区域为强电磁污染区，对人体健康是有严重危害的。因此，《广播电视保护条例》明文规定，在此区域内禁止建筑、施工（即居住生活、工作)。国家环境电磁波卫生标准也明确规定，不容许在强电磁波辐射环境长期居住。GB9175-88环境电磁波卫生标准，对中波环境电磁波容许辐射强度标准规定为:一级标准(安全区)容许场强<10V/m;二级标准(中间区)<25V/m。安全区，是指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响的区域。中间区，是指在该环境电磁波强度下长期居住、工作和生活的一切人群可能引起潜在性不良反应的地区。在此区内可建造工厂和机关，但不许建造居民住宅、学校医院和疗养院等。根据目前中小功率中波发射台的发射功率配里，以10kw功率等级为例，可计算出安全区距发射天线距离和范围。
计算公式为:
E(mv/m)=300■·Ｆ
式中:P—发射机功率，kw;
f—距离发射天线的距离;km
G—相对于接地基本振子的天线增益;dB
F—地面的衰减系数，由于是近场区，一般取1.41;
考虑到中波台至少有两套不同频率的节目同时发射，且多为双频共塔，因此，需计算两个或两个以上频率的电磁波复合在一起的场强，其值为各单个频率场强平方和的根值，可以下式表示:
E=■
式中:E为复合场强，v/m：El、E2～En为各单个频率所测得的场强，V/m。
在距天线250m距离上的场强值:
Ｅ１=（ｍＶ／ｍ）＝３００■×１．４１
＝7863.7（ｍＶ／ｍ）
若两台10kw发射机双频共塔，其复合场强值:
E总（ｍＶ／ｍ）=■
=11115.7（ｍＶ／ｍ）
E总0.25（Ｖ／ｍ）=11.12（Ｖ／ｍ）
在距天线300rn距离上的场强值:
E总（Ｖ／ｍ）=9.27（Ｖ／ｍ）
根据目前中小功率中波台实际播出的套数一般为两套，发射功率为10kw，计算结果见上式。也可将安全区标准10V/m上限代入以上两式，经计算，可得到安全区距中波发射铁塔的边界距离r至少应为250~300m以上，方可勉强避免电磁波辐射的危害。若要长期居住，应远离此地。从以上公式可明显看出，式中电场强度E的大小与距离r的数值大小成反比，即距中波发射塔越远，场强E的数值越低，电磁波对环境的危害越小，生活、居住越安全。
3.结束词
综上所述，正确处理好中波广播传输覆盖与城市建设之间的矛盾与分歧，是各级政府和各级广电部门面临的重要问题，需要城建规划和广电双方的专家认真研究解决。希望城建和广电都能获得良好的发展空间，保护好双方的共同利益。
【参考文献】
［１］广播电视技术手册第一、七分册．
［２］广播电视设施保护条例．
【关键词】广播电视；中波广播；天线的原理
1.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。
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。
1.1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，导致害多利少的夭波衰落问题。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定型塔和140m左右高度的铁塔。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Pa与输入功率Pin之比记为ηα。即:
ηα■
天线的辐射功率Pa可等效成一个电阻的损耗功率Pa，即:
Pa=Iam2Raf
式中，Iam为天线最大点电流;Raf为天线辐射电阻。辐射电阻是发射天線的重要特性参数之一，是虚设的热耗电阻，Raf越大，辐射到空间的功率Pa也就越大，因此Raf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
Raf=80=π2(Lo/λ)2
式中，Lo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Zin是天线馈电点的电压和电流之比。
Zin=Uin/Iin
通常天线的输入阻抗是一个复数，Zin=Rin+Xino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。
Rin=160π2■■Ω
输入阻抗的电抗部分为:
Xin=W·cosa·LΩ
式中:L为天线高度;
w=6o·(1n2·■-1)Ωo
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。
1.2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0.5λ。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0.5λ点，不论天线高度如何，其地电流为定值。小于0.5λ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0.5λ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。
2.场地保护
2.1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，从而大大降低有效粗盖率。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。
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，挡住的电磁波能就越多。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。式中:d为距离;h为建筑物的高度。例如，一幢8层的楼房只能建在距天线708m的位置。
2.2天线区周围人身的防护
中波广播发射天线场区的电磁污染与人身健康。在距天线250m内的范围，属于0.5λ的天线的近场区，在此区域电磁能最还未形成辐射能，该能量不仅在其电场和磁场之间相互交变，而且还与天线发射的场源相互交换。既有从天线发射出去的电磁能，也有部分不断返回到天线场源的电磁能。它们是由空间密集分布的电荷和高频电流感应而形成的强电场和强磁场，受电荷和高频电流的控制而存在。在天线附近产生很强的电磁感应场，称为近区场。单从电磁环境防护的角度来看，该区域为强电磁污染区，对人体健康是有严重危害的。因此，《广播电视保护条例》明文规定，在此区域内禁止建筑、施工（即居住生活、工作)。国家环境电磁波卫生标准也明确规定，不容许在强电磁波辐射环境长期居住。GB9175-88环境电磁波卫生标准，对中波环境电磁波容许辐射强度标准规定为:一级标准(安全区)容许场强<10V/m;二级标准(中间区)<25V/m。安全区，是指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响的区域。中间区，是指在该环境电磁波强度下长期居住、工作和生活的一切人群可能引起潜在性不良反应的地区。在此区内可建造工厂和机关，但不许建造居民住宅、学校医院和疗养院等。根据目前中小功率中波发射台的发射功率配里，以10kw功率等级为例，可计算出安全区距发射天线距离和范围。
计算公式为:
E(mv/m)=300■·Ｆ
式中:P—发射机功率，kw;
f—距离发射天线的距离;km
G—相对于接地基本振子的天线增益;dB
F—地面的衰减系数，由于是近场区，一般取1.41;
考虑到中波台至少有两套不同频率的节目同时发射，且多为双频共塔，因此，需计算两个或两个以上频率的电磁波复合在一起的场强，其值为各单个频率场强平方和的根值，可以下式表示:
E=■
式中:E为复合场强，v/m：El、E2～En为各单个频率所测得的场强，V/m。
在距天线250m距离上的场强值:
Ｅ１=（ｍＶ／ｍ）＝３００■×１．４１
＝7863.7（ｍＶ／ｍ）
若两台10kw发射机双频共塔，其复合场强值:
E总（ｍＶ／ｍ）=■
=11115.7（ｍＶ／ｍ）
E总0.25（Ｖ／ｍ）=11.12（Ｖ／ｍ）
在距天线300rn距离上的场强值:
E总（Ｖ／ｍ）=9.27（Ｖ／ｍ）
根据目前中小功率中波台实际播出的套数一般为两套，发射功率为10kw，计算结果见上式。也可将安全区标准10V/m上限代入以上两式，经计算，可得到安全区距中波发射铁塔的边界距离r至少应为250~300m以上，方可勉强避免电磁波辐射的危害。若要长期居住，应远离此地。从以上公式可明显看出，式中电场强度E的大小与距离r的数值大小成反比，即距中波发射塔越远，场强E的数值越低，电磁波对环境的危害越小，生活、居住越安全。
3.结束词
综上所述，正确处理好中波广播传输覆盖与城市建设之间的矛盾与分歧，是各级政府和各级广电部门面临的重要问题，需要城建规划和广电双方的专家认真研究解决。希望城建和广电都能获得良好的发展空间，保护好双方的共同利益。
【参考文献】
［１］广播电视技术手册第一、七分册．
［２］广播电视设施保护条例．