中波八塔強定向天饋線系統(tǒng)的調(diào)試

摘要：本文描述了我臺中波八塔強定向天饋線系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容、工作原理、調(diào)試的方法，以及建設(shè)的實施效果。

關(guān)鍵詞：中波；八塔；強定向天線；調(diào)試

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）12-0238-03

我臺中波八塔強定向天線始建于1958年，天饋線系統(tǒng)為500KW中波屏調(diào)發(fā)射機的發(fā)射天線，1960年調(diào)試完成后播出。至改造前夕，已經(jīng)使用超過55年。

1997年發(fā)射機更新為DX600KW全固態(tài)中波機，天饋線系統(tǒng)未改造，饋線老化，饋線籠圈銹蝕嚴(yán)重，拉線和絕緣筒因打火受傷嚴(yán)重。每個調(diào)配室內(nèi)裝有方向倒換開關(guān)一臺，匹配網(wǎng)絡(luò)三組，移向網(wǎng)絡(luò)一組，加上通地閘和靜電泄放線圈等，顯得十分擁擠。

作為已使用長達半個世紀(jì)的室外設(shè)備，已是全局使用時間最長的拉線塔，塔體為圓鋼組合，塔高129M的主柱僅為Φ40圓鋼，其設(shè)計壽命為50年，已超期服役，為安全起見，對其進行更新改造。

1 中波八塔強定向天線的饋電方式

八塔強定向天線由四座發(fā)射塔和四座反射塔組成，發(fā)射塔與發(fā)射塔間的距離是1/2λ，發(fā)射塔與反射塔間的距離為1/4λ，如圖1：八塔強定向天線饋電原理圖中所示，從發(fā)射機出口到主調(diào)室匹配網(wǎng)絡(luò)之間是一條長1000米左右的75Ω主饋線，經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)和移向網(wǎng)絡(luò)后，由兩條分饋線經(jīng)支饋后送至四個調(diào)配室，支饋的特性阻抗是分饋和主饋線的2倍。圖中匹配網(wǎng)絡(luò)為集中參數(shù)元件組成的四端網(wǎng)絡(luò)，由于在不同方向工作時，天線的電流相位均不相等，因此其輸入阻抗也不一樣，所以在每個方向上有獨立的匹配網(wǎng)絡(luò)?？赏ㄟ^移向網(wǎng)絡(luò)的相移作用改變天線之間的電流相位差，以實現(xiàn)三個不同方向的區(qū)域覆蓋。

2 項目主要完成內(nèi)容

本項目主要完成了以下內(nèi)容：

1）8座新塔桅基礎(chǔ)建設(shè) ；8座鐵塔建設(shè)；72個地錨基礎(chǔ)建設(shè)；

2）8座新塔的自阻抗與互阻抗的測試與調(diào)整 ；

3）更新一付長1000M的饋線，特性阻抗為75歐姆，Φ6×12+Φ6×24線組合的饋線；新建主調(diào)到四個分調(diào)室的分饋和支饋 ，并完成測試、安裝與調(diào)整 ；

4） 新建9間調(diào)配室：其中4個發(fā)射塔調(diào)配室，4個反射塔調(diào)配室，1個主調(diào)配室；

5）完成9個調(diào)配室內(nèi)匹配網(wǎng)絡(luò)、移向網(wǎng)絡(luò)和泄放網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計安裝調(diào)試。

6）利用PLC完成天線方向自動切換控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計、安裝與調(diào)試；

7）完成9個調(diào)配室報警系統(tǒng)的設(shè)計安裝與調(diào)試。

3 天饋線系統(tǒng)調(diào)試

3.1前期工作

為了盡量在建設(shè)周期內(nèi)完成上述所有的建設(shè)項目，機房在建設(shè)初期做了大量的工作：

1） 對老塔的結(jié)構(gòu)、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)、移向網(wǎng)絡(luò)、饋線走向、天線切換開關(guān)和控制通路等進行了詳細(xì)了解，并通過仿真等手段，模擬出天線的狀態(tài)；

2） 利用模擬出的天線狀態(tài)，結(jié)合仿真軟件和SMITH圓圖，設(shè)計出了新天線各調(diào)配室的匹配網(wǎng)絡(luò)和移向網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備參數(shù)值，

3） 在安裝網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)換開關(guān)時根據(jù)實際情況對各設(shè)備位置加以調(diào)整，盡量使各調(diào)配室射頻信號的路由基本相當(dāng)，避免路由引起的不必要相移。特別是天線的主向沒有移向網(wǎng)絡(luò)，路由的差距決定了其播出方向前場強度的疊加，移向網(wǎng)絡(luò)的安裝應(yīng)將非移向的其他調(diào)配室路由引起的相位差疊加計算進來，避免天線方向的偏移；

3.2 天饋線系統(tǒng)的調(diào)試

對于八塔強定向天線而言，需要完成天線自阻抗的測量和調(diào)整，饋線阻抗的測試，匹配網(wǎng)絡(luò)和移向網(wǎng)絡(luò)的計算、調(diào)試，天線陣前后場強比調(diào)試等。

1） 天線反射塔調(diào)整

天線反射塔調(diào)整的目的是使反射塔上的感應(yīng)電流的幅值及相對于發(fā)射塔的電流相位差達到一定數(shù)值，以滿足在要求的發(fā)射方向上的輻射場強為最強。用運行阻抗電橋?qū)⒏麒F塔的自阻抗測量出來，通過調(diào)整反射塔調(diào)配室內(nèi)的串接電抗元件，使其自阻抗為純阻；

2）天線前后場強調(diào)試

將天線切換開關(guān)切換至主向，（即將移向網(wǎng)絡(luò)全部甩開），開啟發(fā)射機，用場強儀測量1號反射塔前后場場強值；并不斷調(diào)整反射塔串接電抗元件，每變動一次同時記錄前后場強數(shù)，這樣重復(fù)多次找出前場強最大值，此時發(fā)射場強與反射場強應(yīng)達到4：1的標(biāo)準(zhǔn)；然后同步調(diào)整其他反射塔的串接電抗元件；

3） 匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整

天線匹配網(wǎng)絡(luò)的作用有兩個：①用于終端阻抗匹配，即天線的輸入阻抗，經(jīng)過匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換后，等于饋線的特性阻抗，阻抗匹配的目的是使負(fù)載得到最大的有效功率輸出，提高饋線效率，降低饋線的電壓，滿足定向天線陣各天線間的功率分配與電流相位差的要求；②具有濾波作用，即讓工作頻率通過，對其他頻率，尤其是工作頻率的高次諧波有較大的衰減作用。匹配網(wǎng)絡(luò)可以用Г形、T形或π形四端網(wǎng)絡(luò)，我臺采用倒L形網(wǎng)絡(luò)，電路如圖2Г形網(wǎng)絡(luò)及等效電路所示。

將運行阻抗電橋串聯(lián)進調(diào)配室到天線發(fā)射塔的饋路里，開機測量出天線的運行阻抗，然后切換天線方向分別測量出該天線在其他方向上的運行阻抗，（各方向由于有移向，所以天線的互阻抗是不一樣的）恢復(fù)饋路后；依次測量出其他發(fā)射塔的運行阻抗；利用仿真軟件multisim 10.0進行匹配網(wǎng)絡(luò)電容和電感的計算，依次將各調(diào)配室的元器件調(diào)整到計算所得匹配位置，從而完成匹配網(wǎng)絡(luò)的粗調(diào)諧。

然后進行細(xì)調(diào)，將運行阻抗電橋分別串到各發(fā)射塔調(diào)配室的饋線入口處，開機后調(diào)整一號調(diào)配室的匹配網(wǎng)絡(luò)到150Ω，其他調(diào)配室先不動，只測量；然后調(diào)整二號調(diào)配室到150Ω，此時，一號調(diào)配室的阻抗已經(jīng)發(fā)射了變化，返回來調(diào)整一號調(diào)配室；如此反復(fù)多次調(diào)整后，通過變化趨勢圖，將調(diào)配室的阻抗基本向150Ω靠近，最終讓4個分調(diào)室達到設(shè)計要求；也可以利用掛行波系數(shù)的方法進行細(xì)調(diào)。

在發(fā)射機輸出口用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行調(diào)整，主要是將主饋線跨度大距離地面不等距，引起的阻抗變換進行匹配，使發(fā)射機輸出口到天線上的阻抗達到設(shè)計要求。最后用運行阻抗電橋驗證調(diào)試效果。

3.3移向網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整

八塔強定向天線移向網(wǎng)絡(luò)均采用T對稱網(wǎng)絡(luò)，其最大的特點是輸入輸出阻抗ZOT相等計算方便，在天線調(diào)試中方便快捷。單T對稱網(wǎng)絡(luò)電路如下圖：圖3 單T對稱網(wǎng)絡(luò)所示：

運用網(wǎng)絡(luò)分析儀調(diào)整移向網(wǎng)絡(luò)的移相角度，移相角包括了匹配網(wǎng)絡(luò)和饋路實測各調(diào)配室的誤差，通過計算仿真出移向網(wǎng)絡(luò)的實際工作值，并調(diào)整電感電容到計算值；再通過網(wǎng)絡(luò)分析儀進行角度細(xì)調(diào)，在調(diào)整時做到使其輸入輸出阻抗不變，即輸入和輸出阻抗為150Ω，方便以后網(wǎng)絡(luò)的調(diào)配工作。

3.4天線調(diào)整中的技術(shù)方案

1） 設(shè)備冗余性：設(shè)計時元器件的電流冗余量是2.5倍，電容的耐壓是計算峰值的2.2倍，；電感電容的設(shè)計比使用的1.5倍，便于調(diào)整；

2） 在對八塔天線進行發(fā)射塔之間的互阻測試時，采用多臺運行阻抗電橋同時使用的方法，縮短了發(fā)射塔之間互阻的來回調(diào)試時間，

3） 移向網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試上把引線銅棒和匹配網(wǎng)絡(luò)的移向也疊加進去，由于“Г”網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的負(fù)載不一樣（天線的互阻抗引起的），匹配后的移向角度不一樣，相差基本在0.3～2度左右，通過調(diào)整移向網(wǎng)絡(luò)，和匹配網(wǎng)絡(luò)的相移相加后到天線上得到相位剛好等于移向角，避免了移向角度的誤差，影響服務(wù)區(qū)的收聽效果；

4） 制作調(diào)整電容的絕緣桿，可以在發(fā)射機開機狀態(tài)下實現(xiàn)真空電容熱調(diào)，減少了中間關(guān)機、測量、調(diào)整等循環(huán)過程，提高了調(diào)試效率。

5） 在設(shè)備調(diào)試完畢，開機實驗時發(fā)現(xiàn)在特定時間段內(nèi)，發(fā)射機無法開啟，測試后發(fā)現(xiàn)是其他頻率發(fā)射機對本機造成的天線干擾很大，發(fā)射機駐波比保護頻繁，利用頻譜儀確定了干擾頻率，測量后發(fā)現(xiàn)干擾電壓達到120多伏特，為降低干擾電平，需要增加一個泄放網(wǎng)絡(luò)。通過計算，并利用SMITH圓圖和仿真軟件multisim 10.0進行網(wǎng)絡(luò)測試，及時在主調(diào)室安裝了一個泄放網(wǎng)絡(luò)，圖4及圖5分別是利用仿真軟件進行泄放網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和運行的設(shè)計圖。

該泄放網(wǎng)絡(luò)對本頻的阻抗為20KΩ，對干擾頻率的阻抗呈現(xiàn)的是4Ω低阻，達到泄放的目的，通過安裝泄放網(wǎng)絡(luò)后，對該網(wǎng)絡(luò)進行了細(xì)調(diào)，發(fā)射機順利開啟，各項技術(shù)指標(biāo)均達到設(shè)計要求。

4 實施效果

4.1 增加了天線覆蓋區(qū)

在天線改造之前，由于元器件老化，八塔天線陣中的三個覆蓋區(qū)域只有一個區(qū)域是可以正常運行的，經(jīng)過天線改造后，新天線除了原有覆蓋方向外，增加了兩個覆蓋方向，覆蓋范圍比原有天線擴大了兩倍，大大提高了天線的使用效率，自動方向切換系統(tǒng)的實現(xiàn)，讓方向切換變得容易。

4.2 天饋線輸入阻抗和運行時駐波比等指標(biāo)符合發(fā)射機運行要求

通過從發(fā)射機輸出口進行測試，天饋線的輸入阻抗和駐波比均達到了設(shè)計要求。如表1所示：

4.3 運行時測三個方向的發(fā)射場強均達到要求

利用場強儀，在GPS定位的地點進行方向性測試，測試數(shù)據(jù)如圖6及圖7所示，達到了測試場強要求：

4.4 先進儀器和仿真軟件得到了大量使用

在系統(tǒng)調(diào)試中大量運用了網(wǎng)絡(luò)分析儀，頻譜分析儀、阻抗電橋，以及SMITH圓圖，仿真軟件multisim 10.0等先進軟硬件設(shè)備，大大縮短了建設(shè)周期，為今后天線建設(shè)和改造積累了大量的實踐經(jīng)驗。

5 結(jié)束語

我臺中波天線技術(shù)改造工程于2014年3月通過驗收， 7月正式播音，至今已運行了近兩年的時間，期間設(shè)備穩(wěn)定，工作正常，因雷電、雨雪等外界惡劣天氣引起的停劣播幾率明顯比更新改造前少，新建調(diào)配室完全避免了以往因墻體開裂、漏雨、鼠蛇等引起的停劣播，為安全播出任務(wù)的圓滿完成奠定了基礎(chǔ)。

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