摘. . 要：中波发射天线一般都延用 1/4λ ～ 1/2λ 桅杆式天线。一个 76m 高，边宽 0.5m 的桅杆天线，总重达 20 吨，采用增加高度、大面积埋设地网的办法来提高天线效率 , 其占地达 30 亩 .。随着城市化的飞速发展，土地成为最稀缺的资源。小型高效的锥面顶小型中波天线便应运而生。
一、国内中波发射天线的现状：
从二十世纪三十年代无线电的发展开始，中波发射天线一直到现在都延用 1/4λ～1/2λ桅杆式天线。为了提高这种天线的发射效率，各电台都采用了增加高度、大面积埋设地网的办法来解决此问题。一个 76m 高，边宽 0.5m 的桅杆天线，总重达 20 吨，占地达近 30 亩；一个 120m 高，边宽 1m 的桅杆天线，总重达 40 吨，占地达近 50 亩之多。因此这种桅杆式天线给电台在经济上、维护上以及土地使用上带来很多困难。随着科技与经济的飞速发展，土地资源越来越紧缺，城市建设飞速向市郊发展，大量原建在城外的中波台受到城建影响，占地矛盾上升到第一位。而一个中波发射电台占地几百余亩，其中 90%的土地面积被发射天线占用，全国有中波发射电台 600 多个，每个电台平均 2～3 个频率，最少需要 2 副发射天线，一副天线占地 45 亩，二副占地就将达 90 亩之多。如此大的土地使用规模，成为各电台搬迁及发展的最大障碍，开发研制新型中波小型天线势在必行。
二、国内外相关技术的研究、开发现状：
在中波小型天线的研制工作上，我国广播电台工作人员早在七十年代已经做过一些努力，但都没有长足的进步。自九十年代，埃及研制成 CFA后，我国掀起了新型中波小天线研制的浪潮，但到目前为止在全国天线领域内都没有几家在这方面做出突破。
从国内数据库所检索到的近 27 个相关数据文献中可以看出，具有相对影响的国际国内技术现状为：
1、国际上：埃及的 CFA 其特征在于天线部分的顶部由一个金属网栅式抛物面辐射体构成，在其下方同心相接一个金属空腔式圆筒辐射体，两者形成发射天线的 E 辐射体。该金属腔式圆筒辐射体通过多根电绝缘的支柱在一个金属圆盘式辐射体上。但其稳定性较差，九十年代末，英国和埃及合作研制的交叉场天线（CFA），已有六付在埃及投入使用，这在国内引起了同行业人士的关注，先后有二十多家研究此课题，南京某电台引进了一幅 CFA 天线，经过埃及技术人员的调试没有成功。
2、国内：国内某研发机构研制的 “开放式谐振腔中波发射天线”，它的发射体由顶盘、支撑内筒和支撑外筒、底盘以及地盘构成，倒圆锥形的顶盘下端通过螺钉连接在支撑外筒与支撑内筒上并由它支撑着，支撑外筒的下端连接在底盘上，底盘通过绝缘支柱坐落在方形地盘上，支撑内筒坐落在地盘上，地盘通过刚性支撑架座落在地面，支撑内筒和支撑外筒构成为腔体结构，腔体内装有内导体，内导体上端与顶盘连接，内导体下端与阻抗变换器输出的 E 端相连，内导体是由一根金属导管构成内、外同心圈平面并间隔一定距离螺旋状地围绕在内筒的外壁上，并由内管壁上的绝缘支架支撑，阻抗变换器输出的D 端与底盘相连，阻抗变换器的地线连接地盘。但其目前在市场使用中存在一定的技术问题，已经放弃生产。
三、锥面顶负荷中波小天线的结构原理
套筒单极子天线的结构图。
1
2
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结构简图 (图 1)
从图 1 我们看出天线由以下几部分组成
1——锥形顶负荷； 2——垂直辐射体； 3.——操作平台；4——防雨帽； 5——绝缘子； 6——套筒体；7——出口绝缘板； 8——高频地与地网连接铜皮；9——地井铜板； 10——地网铜线； 11——调配房；锥形顶负荷俯视图锥形顶负荷正视图(图 2) (图 3)一般减小地面损耗的方法是在天线底部的地面下敷设地网或在地面上架设平衡网。地网由 30 根～120 根辐射状导线组成，导线线径为 2～4 毫米，埋深为 10～50 厘米,长度可根据场地情况尽可能铺设长一些。
1500
3000
3
800
2000
3000
1500
2000
地面
4
2
5
1
3
地网线(Φ3紫铜线)
钢筋(Φ16)
技术要求
1、件1与件3之间,件1与件4之间,件2与件4
之间要求焊接牢靠（用气焊焊接）,接触良好.
2、铜带必须与天线外套筒底坐法兰、天调室内屏蔽层良好连接。
3、减阻坑(尺寸:2000X3000X800),坑内填入
木炭,工业盐,降阻剂,木炭压成粉末,三
种料掺匀夯实.
4、件3露出地面3000.
5、地井紧靠天线体地基。
200
300
地井和地网视图(图 4)
1、套筒式锥面顶负荷中波小天线的创新点及原理：
锥面缓变原理告知我们，天线从发射体向锥面沿小于90°方向过度，从而减小于终端的反射，由于锥体比较大，对地形成一定的电抗，提升了容抗，使天线的谐振点下移，从而有效的降低了天线的高度，斜面是7米的锥体其有效谐振高度为40米左右，加之垂直发射体高度，天线有效高度近似为76米高塔左右。
2、根据天线的长细比原理，振子天线的输入阻抗随电长度而变化的剧烈程度主要取决于天线的特性阻抗。特性阻抗越大，输入阻抗随电长度的变化就越激烈，天线的阻抗带宽就越窄；反之，特性阻抗越小，天线的阻抗带宽就越宽。振子天线的特性阻抗主要取决于长细比Ω，即Ω=2㏑(2L/a)，其中L是天线振子臂的长度，ａ是天线臂的半径。Ω越大，天线的特性阻抗就越大，因此，在同样长度条件下，粗振子天线具有较宽的工作带宽。套筒式宽频带中波小天线，其发射体增加到￠1100mm就是为了有效的提高天线带宽；另一方面可以使天线的抗风能力得到提升。
3、采用套筒方式，提高天线的输入阻抗，减少天线的阻抗变化率，从而有效的提高了天线的辐射效率和频率带宽。粗振子有较低的特性阻抗，而不对称的结构形式可以起到类似电路中的参差调谐的作用，从而有效地展宽阻抗带宽。一个加粗振子并实现不对称馈电的简单方法，是在天线辐射体外面加上一个与之同轴的金属套筒，形成所谓套筒天线。从直观上看，金属套筒相当于一个粗振子，加之其特殊的馈电方式，使得这种结构的天线的阻抗特性明显地优于普通振子天线。一般套筒天线的相对带宽至少可以达到一个倍频程以上。
4、天线用同轴线馈电，同轴线的内导体伸出作为辐射体，同轴线外导体的外壁电流与内导体电流同向，也构成了辐射体的一部分，并兼作套筒。套筒内发射体的电流和套筒内壁电流反向，起到了传输线作用，套筒外壁的电流和内发射体的电流同向，也构成了辐射体的一部分。这种结构不仅提高了天线的强度，而且由于振子加粗明显地改善了天线的阻抗特性，有效地展宽了天线的工作频率。5、发射小天线的一个共同点是输入阻抗和辐射阻抗小;辐射阻抗越小，相应的天线的效率就有所降低。而该天线提采用套筒方式，提高天线的输入阻抗，减少天线的阻抗变化率，从而有效的提高了天线的辐射效率和频率带宽。振子有较低的特性阻抗，而不对称的结构形式可以起到类似电路中的参差调谐的作用，从而有效地展宽阻抗带宽。一个加粗振子并实现不对称馈电的简单方法，是在天线辐射体外面加上一个与之同轴的金属套筒，形成所谓套筒天线。从直观上看，金属套筒相当于一个粗振子，加之其特殊的馈电方式，使得这种结构的天线的阻抗特性明显地优于普通振子天线。一般套筒天线的相对带宽至少可以达到一个倍频程以上。从结构上，可以将其分成套筒单极子天线和套筒偶极子天线两大类。
二、锥面顶负荷中波小天线的发射原理
套筒式宽频带锥面顶负荷中波发射天线电原理图(图 5)图中：R、C 为天线的等效电路，L 为天线的配谐线圈，X 1 、X 2 为匹配网络电抗元件，根据天线阻抗的不同，X 1 、X 2 均可取电感或电容，L 置于绝缘子内，X 1 、X 2 置于屏蔽的调配房间内。
套筒单极子电流原理图如下图所示：
套筒式中波小天线电流方向图
（图 5）
天线的发射原理如下：
E
H
H
U
Z=E/H
S=E×H
S=E×H
Z=E/H
垂直方向图（图 6）
从上图可以看出：在天线周围很近的范围内电场与磁场就相互正交，由于天线属于电小天线（高度小于λ/4），认为时间上也是同频的，所以在很近的范围内形成了副场强，图中垂直发射体产生磁场，锥面顶产生电场。
典型的套筒式单极小天线，其主要结构参数有：上辐射体长度L，套筒长度l；内辐射体的直径d和套筒直径D.理论分析和实验都表明，对天线电特性起决定作用的参数是套筒单极子的总长度L+l以及上辐射体长度与套筒长度之比l/L。
如果套筒天线的 l/L=2.25，且L+l=λmax/4时，D/d=3，则天线的输入阻抗Zc=60㏑3 =60×1.0986≈66Ω。由于在中长波频段内L+l不能做的太长，而且l/L有时太小，所以输入阻抗往往偏低，在实际的套筒天线方面，我们只有使l/L=2.25，加大D/d值，从而使输入阻抗不要太小。
套筒天线的 l/L=1.26，且 L+l=28 米，D/d=1.57，则天线的输入阻抗 Zc=60 ㏑1.57 =60×0.451≈27Ω。下图为 76 米塔和 28米小天线输入阻抗图。
（图7）
为了降低天线的高度，展宽天线的阻抗带宽，可以将套筒也做成锥形。输入阻抗即为双锥天线的特性阻抗。即;Z in =Z c =120ln ctg(θ 0 /2)上式适用于对称双锥形天线。至于理想导电面上的直立单圆锥天线的输入阻抗是对称双锥天线的一半。即：
Z in =Z c =60ln ctg(θ 0 /2)
三、技术指标
功率容量：100W—200KW
频率范围：530 KHz—1610KHz
输入阻抗：50Ω—230Ω任选
指定频率驻波比：VSWR＜1.1
极化方式：垂直极化
电磁波传播形式:地波传播为主
方向性：水平面全向
增益：（相对于1/4λ直立天线）0—0.3db
高度：25m
重量：8T
抗风：12级
套筒式宽频带锥面顶负荷中波发射天线的特点
1、该天线利用锥面顶缓变原理，降低终端反射和谐振频率使天线长度变小，也不影响天线发射效率；利用天线长细比原理降低阻抗的变化率，提升天线的带宽。
2、该天线是利用传统的理论与当今世界上提出的一些新的天线理论相结合，经过技术人员的升华而研制开发的发射天线。
3、该天线将传统理论提出的小天线，套筒天线、折叠振子天线、锥面天线及多重调谐天线相融合，利用现有世界上提出的新的天线理论作参考而成功研制的一种高效率、宽带宽的小天线。
四、实际应用
我台因中波天线场区狭小，于2005年架设了一副小型锥面顶天线，1KW603KHz和3KW1008KHz双频共塔使用，2013年改造更新为第二代套筒式宽频带锥面顶负荷中波发射天线,从十五年来的使用情况来看，该天线工作稳定，安全可靠，便于维护；在服务区覆盖效果良好。
我台小型锥面顶中波天线阻抗测试数据
测试时间：2012年2月21日 天气：晴 气温：-12o C测试仪器：矢量分析仪 型号:PNA3628DPf 0 =1008KHz时，Z L =15.3+j18.2f 0 =1018KHz时，Z L =15.+j22.1f 0 =1008KHz时，Z L =15+j16f 0 =603KHz时，Z L =14.2-j117f 0 =613KHz时，Z L =14.2-j110.7f 0 =593KHz时，Z L =15-j120.7测试单位：6501 台 测试仪器：场强仪 型号 M-262F参考文献：
［1］李力奋《传统中波天线所处的困境》西部广播电视2007.9［2］刘巨《中波天线发展引起的思考》首届中国广播技术发展论坛论文集2003［3］朱家衍 程学昌 许兵《锥面顶负荷中波小型发射天线》
广播域电视技术2007.9
