大功率短波廣播發(fā)射機(jī)天饋線(xiàn)系統(tǒng)及應(yīng)用分析

康 震

國(guó)家新聞出版廣電總局594 臺(tái)，陜西咸陽(yáng) 712000

1 概述

短波廣播是一種重要的遠(yuǎn)距離廣播方式。傳統(tǒng)的國(guó)際廣播大多采用短波廣播的方式實(shí)現(xiàn)傳輸覆蓋，天饋線(xiàn)系統(tǒng)是短波廣播信號(hào)實(shí)現(xiàn)有效傳播的重要載體，關(guān)系到短波廣播信號(hào)傳輸?shù)男屎托Ч?，是安全播出工作的一個(gè)重要組成部分。

2 天饋線(xiàn)系統(tǒng)及應(yīng)用分析

短波廣播采用天波傳播方式，通過(guò)電離層反射，傳輸距離遠(yuǎn)至幾百千米甚至幾千千米以外，載波工作頻率在3.2MHz～26.1MHz 之間，雙邊帶短波廣播頻道間隔為10kHz，為節(jié)約頻譜，允許載頻間隔為5kHz。

電離層因晝夜和春夏秋冬太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的不同而變化，對(duì)于某個(gè)固定頻率的廣播信號(hào)，隨著折射點(diǎn)發(fā)生變化，在服務(wù)區(qū)會(huì)出現(xiàn)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱或者收聽(tīng)不到的情況，一般采取根據(jù)時(shí)間和季節(jié)變化更換頻率的方式，改變其入射角，使折射點(diǎn)改變，保證廣播服務(wù)區(qū)的收聽(tīng)效果。

發(fā)射天線(xiàn)是把已調(diào)波高頻電流能量轉(zhuǎn)換為電磁波能量，并將電磁波輻射到預(yù)定方向（服務(wù)區(qū)）的設(shè)備。短波發(fā)射天線(xiàn)多采用水平極化方式，常用的短波天線(xiàn)有水平對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)、同相水平天線(xiàn)、對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)等。

大功率短波廣播多采用同相水平天線(xiàn)，即以水平對(duì)稱(chēng)振子為單元，構(gòu)成多層多列的天線(xiàn)幕，為了增寬工作頻帶，多采用籠型半波振子。天線(xiàn)面積越大，方向性越強(qiáng)，方向性的尖銳程度取決于天線(xiàn)面積的大小，為了使輻射場(chǎng)集中在一個(gè)方向，常在距天線(xiàn)幕1/4 波長(zhǎng)處設(shè)置反射幕，寬頻帶同相水平天線(xiàn)的反射幕一般為與發(fā)射幕平行的金屬平面網(wǎng)。

幕形天線(xiàn)的國(guó)際通用符號(hào)是HRRSm/n/H1，其中H 表示水平極化，R 表示反射幕，R 表示發(fā)射方向可以反轉(zhuǎn)（不反轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)），S 表示波瓣可以偏移（不偏移時(shí)無(wú)），m表示每層半波振子數(shù)目（列），n 表示層數(shù)，H1 表示最底層振子以波長(zhǎng)計(jì)的離地高度。例如HR4/4/0.5 中，H表示同相天線(xiàn)，R 表示帶反射幕，第一個(gè)4 表示每層有四個(gè)振子，第二個(gè)4 表示有四層，0.5 表示最底層振子距離地面高度為半個(gè)波長(zhǎng)。

饋線(xiàn)是連接發(fā)射機(jī)和天線(xiàn)振子的中間環(huán)節(jié)，用來(lái)傳輸高頻能量。特性阻抗是饋線(xiàn)的基本特征，特性阻抗與饋線(xiàn)長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，與工作頻率無(wú)關(guān)，特性阻抗的大小由饋線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑粗細(xì)和導(dǎo)線(xiàn)之間的相互位置來(lái)決定。

短波廣播常用的平衡式（對(duì)稱(chēng)式）饋線(xiàn)有邊聯(lián)二線(xiàn)式、四線(xiàn)式、六線(xiàn)式到十二線(xiàn)式等，發(fā)射功率等級(jí)越高，饋線(xiàn)線(xiàn)數(shù)越多，其特性阻抗越低。為了適應(yīng)寬頻帶、大功率的需要，500kW 短波發(fā)射機(jī)一般都采用十二線(xiàn)籠型平衡饋線(xiàn)。

如果饋線(xiàn)與天線(xiàn)之間不能很好地匹配，饋線(xiàn)上將會(huì)出現(xiàn)反射波，形成駐波，因此饋線(xiàn)上的反射波或駐波的大小是衡量匹配好壞的重要參數(shù)。

饋線(xiàn)上任意一點(diǎn)的電壓或者電流的反射波與入射波之比稱(chēng)為反射系數(shù)Г，駐波比反映了發(fā)射機(jī)與天饋線(xiàn)匹配的狀態(tài)，對(duì)發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行有著很大影響，駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系是：VSWR=（1+|Г|）/（1—|Г|）。

當(dāng)達(dá)到良好匹配狀態(tài)時(shí)，天饋線(xiàn)系統(tǒng)近似行波狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生駐波所引起的異常高電壓，天線(xiàn)獲得最大的不失真功率，反射功率最小，系統(tǒng)高效地傳輸能量，發(fā)射機(jī)播出安全穩(wěn)定。

當(dāng)駐波比增大時(shí)，反射功率將顯著增大，高末級(jí)電子管陽(yáng)極損耗APD 隨之增大，會(huì)在發(fā)射機(jī)內(nèi)部的不平衡/平衡轉(zhuǎn)換器、諧波濾波器、高末級(jí)槽路等部位及外部天饋線(xiàn)系統(tǒng)上形成高電壓，導(dǎo)致打火，嚴(yán)重時(shí)損壞器件。設(shè)置駐波比保護(hù)是對(duì)發(fā)射機(jī)由于天饋線(xiàn)系統(tǒng)等負(fù)載變化引起反射功率顯著增大時(shí)的一種有效的保護(hù)措施。

500kW 發(fā)射機(jī)設(shè)有駐波比臨界、駐波比超出極限、反射比率超出極限、瞬間反射功率超出極限等，以達(dá)到快速保護(hù)的目的。通常當(dāng)駐波比1.8 以下滿(mǎn)功率播出；1.8～2.0 之間可以適當(dāng)降低功率，維持播出，維持播出的同時(shí)，需要及時(shí)巡視檢查天饋線(xiàn)系統(tǒng)查找異態(tài)，播出結(jié)束后需要對(duì)諧波濾波器、不平衡/平衡轉(zhuǎn)換器、饋筒、交換開(kāi)關(guān)、饋線(xiàn)、天線(xiàn)等進(jìn)行檢查，查找駐波比變化的原因；駐波比高于2.0 時(shí)不能播出。

在短波發(fā)射中心，通常設(shè)置有天線(xiàn)交換矩陣。發(fā)射機(jī)的高頻功率輸出經(jīng)過(guò)饋筒連接至天線(xiàn)交換矩陣，交換矩陣由數(shù)個(gè)交換開(kāi)關(guān)、交換控制系統(tǒng)和天線(xiàn)窗口組成；通過(guò)天線(xiàn)交換矩陣實(shí)現(xiàn)任意一部發(fā)射機(jī)與每一幅天線(xiàn)的調(diào)配連接；交換開(kāi)關(guān)一端與發(fā)射機(jī)饋筒相連，另一端送至天線(xiàn)窗口，已調(diào)波信號(hào)功率通過(guò)饋線(xiàn)輸出至發(fā)射天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)電磁波輻射。

天線(xiàn)控制可以通過(guò)中央控制（計(jì)算機(jī)控制）和本地控制兩種方式實(shí)現(xiàn)。一般情況下，中央控制室根據(jù)輸入的廣播節(jié)目運(yùn)行圖自動(dòng)進(jìn)行天線(xiàn)選擇；出現(xiàn)故障需要臨時(shí)代播時(shí)，中央控制室值班人員手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)臨時(shí)性的發(fā)射機(jī)與天線(xiàn)調(diào)配；當(dāng)中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，自動(dòng)控制不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，發(fā)射機(jī)房值班人員可以將天線(xiàn)控制系統(tǒng)切換至本地控制模式，手動(dòng)執(zhí)行天線(xiàn)選擇調(diào)配任務(wù)。

倒動(dòng)天線(xiàn)后發(fā)射機(jī)加高壓出現(xiàn)報(bào)警，提示天線(xiàn)聯(lián)鎖打開(kāi)，應(yīng)查看倒動(dòng)的天線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)是否到位；如果交換開(kāi)關(guān)顯示不到位或者沒(méi)有動(dòng)作，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案，需要值班人員手動(dòng)倒動(dòng)交換開(kāi)關(guān)，操作前要斷開(kāi)馬達(dá)控制電源，一人操作一人監(jiān)護(hù)復(fù)查；如果確認(rèn)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已經(jīng)到位但發(fā)射機(jī)無(wú)到位信號(hào)，應(yīng)為交換開(kāi)關(guān)行程接點(diǎn)沒(méi)有接上，若無(wú)備份天線(xiàn)的情況下可緊急短路A132（55，56）天線(xiàn)聯(lián)鎖接點(diǎn)加起高壓。

比較常見(jiàn)的天饋線(xiàn)故障現(xiàn)象主要是打火，嚴(yán)重時(shí)火勢(shì)明顯并伴有較大檢波聲。比如饋筒內(nèi)部的饋芯連接松動(dòng)打火、支撐瓷棒及輸出電容處打火、交換開(kāi)關(guān)接點(diǎn)接觸不良及支架打火、天線(xiàn)振子以及饋線(xiàn)上瓷棒松動(dòng)或者斷裂使阻抗發(fā)生變化引起打火、饋線(xiàn)上落鳥(niǎo)打火、極端天氣的影響如大風(fēng)刮斷振子、寒冷季節(jié)凍裂瓷棒等。一般情況下，天饋線(xiàn)系統(tǒng)的故障點(diǎn)相對(duì)明顯，易于發(fā)現(xiàn)和排查，若不明確時(shí)，可以在滿(mǎn)功率時(shí)逐漸加大單音調(diào)幅，查找打火點(diǎn)。

天饋線(xiàn)系統(tǒng)打火時(shí)會(huì)引起駐波比臨界、駐波比超出極限、反射比率超出極限、瞬時(shí)反射功率超出極限、瞬時(shí)高末級(jí)簾柵極過(guò)流、高末級(jí)陽(yáng)極過(guò)流、TSM 輸出電流超出極限等報(bào)警提示，發(fā)射機(jī)頻繁過(guò)荷掉高壓，自動(dòng)降功率，嚴(yán)重時(shí)自動(dòng)切斷高壓且無(wú)法重新加起，應(yīng)及時(shí)降低功率或者倒備份天線(xiàn)，無(wú)備份天線(xiàn)時(shí)立即聯(lián)系代播。

3 結(jié)論

天饋線(xiàn)是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的負(fù)載和輸出端，天饋線(xiàn)的運(yùn)行狀況與發(fā)射機(jī)的安全運(yùn)行密切相關(guān)，了解和掌握相關(guān)知識(shí)有助于我們分析判斷和及時(shí)應(yīng)對(duì)因?yàn)樘祓伨€(xiàn)匹配問(wèn)題形成的故障，減少停播，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的安全播出。

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