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摘要：本文通过高射中波天线的理论设计、计算、仿真和调试，简述了高射天线的原理和应用。通过实际的计算和仿真，表述了在原理上的可行性。通过实际调试和远程场强的测试，从实际的应用中描述了高射中波天线实用性。作者通过对高射天线的仔细推导，证明了高射中波天线的实用性。
关键词：高射中波天线、仰角、方向图、归一化、振子、仿真、网络、阻抗、驻波比、场形图；
1 引言
在中短波覆盖使用中，特别是近距离对外覆盖播音时，需要用到一种特殊天线，即高射天线。由于高射天线的近距离场型复杂，特别是在地波和天波同时覆盖区域即0~150km，场强有叠加和抵消，会有“0场强区”，所以大部分高射天线使用在发射场和覆盖场中间是盲区的地方（例如大海、湖泊等）或由于场地限制，不能在覆盖区建设发射场的特殊位置。
高射天线的由于结构简单，架设高度小于或者等于0.3λ，架设容易，维护方便，成本是正常0.53λ天线的一半，所以在300km左右近距离特殊覆盖任务中有使用。
2 高射天线的计算和场型
2.1高射天线最大仰角计算
在实际应用中可以根据频率和中波天线的高度计算出第一波瓣的最大仰角，公式如下（1）所示。λ为波长，Δm1为第一波瓣的最大仰角，H为天线的高度。例如频率为603kHz，天线高度为147米可以计算出天线第一波瓣的最大仰角为：
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（1）
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=497.5米，通过计算可得Δm1=57.79度。
2.2高射天线的垂直E面方向图
通过（1）计算已知天线的最大仰角为57.79度，波长λ为497.5米，塔高度H为147米。
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=0.295，由于采用双塔阵列，塔间距为λ/4，所以半波阵子上的电流为Im2=Im1e-jπ/2。相位阵因子可以写为公式（2）：
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（2）
而半波振子在E面的方向函数可以写为公式（3）：
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（3）
此二元阵在E平面（yOz）的方向函数公式为（4）：
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（4）
将各方向图归一化后，利用仿真可画出E平面方向图如图1所示，
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图1 E平面方向图
其中波振子在E面的方向函数f1（δ）的仿真函数为：
y=abs（cos（（pi/2）*sin（x））./cos（x））；
相位阵因子函数fa（δ）的仿真函数为：
y=abs（2*cos（（pi/4）+（pi/4）*cos（x）））；
二元阵在E平面（yOz）的方向函数fE（δ）的仿真函数为：
y=abs（cos（（pi/2）*sin（x））./cos（x））.*abs（cos（（pi/4）+（pi/4）*cos（X）））；
2.3高射天线的垂直H面方向图
由于高射天线半波振子在H面无方向性y=sin（x）./sin（x），相位阵因子函数fa（δ）和E面的函数相同，y=abs（cos（（pi/4）+（pi/4）*cos（x））），将各方向图归一化后，利用仿真可画出H平面方向图如图2所示：
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图2高射天线垂直H面（xOy）方向图
3 高射天线辐射场的覆盖图
根据公式（1）计算出的最高仰角Δm1=57.79度，大气层E层是中波的反射层，距离地面约110km，可以通过公式（5）计算出覆盖区的具体位置。
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（5）
其中最高仰角Δm1=57.79度时计算出距离为138km；仰角Δm1=28.895度时计算出距离为398km；仰角Δm1=43.34度时计算出距离为233km；仰角Δm1=14.45度时计算出距离为853km；如此可以计算出覆盖区在为233km~853km，强场强区在398km附近，达到实际服务区255km~665km，强场强区378km的要求。画出场强覆盖方向图如图3所示。
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图3场强覆盖方向图
4 高射天线的匹配
4.1匹配网络的计算
由于天线高度只有0.3λ，所以天线呈现高阻和感性。双塔的运行阻抗为：160.871+j124.533；发射机功率为600kW，输出阻抗为75Ω，匹配网络采用Г网络的低通网络。网络结构图如图4所示。
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图4 匹配网络结构图
匹配网络的电容和电感可以通过公式（6）和（7）计算出得出：
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（6）
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（7）
通过计算可以得出电感值和电容值分别为：30.86 uH和2393.5pF；
通过公式（8）可以计算出铁塔上的电压：
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（8）
通过计算可以得出铁塔瞬间的最大电压值为31.244kVvpp。电容的耐压按照1.5倍的设计，市面上的电容根本达不到要求，需要用35kV耐压的电容通过串联和并联的方式达到设计要求。此网络的2393.5pF需要用一组3×1000固定电容+1×1500pF可调电容并联和另外一组相同电容并联，然后串联来调整匹配网络，电容耐压需要在35kV以上。
4.2高射天线匹配网络的调试
通过调整网络的电容和电感，使中心频点603kHz的阻抗基本达到75Ω左右。如图5所示：
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图5网络阻抗图
通过上下边带的驻波比测量和调试后，主调配网络中心频点603kHz的驻波比为1.04，598kHz及608kHz的驻波比分别为1.13和1.16，如下图6所示。达到了1.2以内的要求。
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图6天线驻波比图
5 结 论
通过对高射天线的设计、计算和调整，覆盖区场强的测量，说明了高射天线通过前期的仔细计算和后期的准确施工，是可以达到在一些对外覆盖或者特殊地区进行播音的任务。解决了一些特殊地形和特殊任务的需要。
参考文献：
[1]李天德等编著.《广播电视发送与传输维护手册》[M].北京：国家广播电视总局，2000.
[2]《电视和调频广播发射天馈线系统技术指标及测量方法》中华人民共和国广播电影电视工程建设行业标准GY/T5088-2013.[S]
[3]《中、短波天、馈线运行维护规程》 中华人民共和国广播电影电视工程建设行业标准GY/T178-2001.[S]
[4]李孝勖等编著.《广播电视技术手册第七分册—天线》国防工业出版社[M].
[5]John D.kraus著《天线》第三版.电子工业出版社[M].北京.
[6]石良臣编著.《MATLAB/SiMULINK系统仿真》.人民邮电出版社[M].北京
[7]David K.Cheng 著《电磁场与电波》第二版[M].清华大学出版社北京
[8]曹祥玉高军郑秋容编著《天线与电波传播》电子工业出版社[M]
作者简介：陈善罗（1981-09），男（汉族），海南东方人，工程师，主要从事无线电研究和技术维护