發(fā)射機(jī)天饋線系統(tǒng)安全播出的保障措施與實(shí)現(xiàn)

羅正明

1 概述

廣播和電視信息在無(wú)線傳輸?shù)倪^(guò)程中，天饋線系統(tǒng)是其傳播的最終端設(shè)備。因而，應(yīng)高度重視發(fā)射機(jī)天饋線系統(tǒng)的技術(shù)維護(hù)管理工作，制定安全可靠運(yùn)行的技術(shù)手段和安全保障措施，確保廣播電視的安全播出。

2 天饋線系統(tǒng)的作用與原理

廣播電視天饋線系統(tǒng)安裝在環(huán)境惡劣的發(fā)射塔上，在戶外常年工作。因而，天饋線系統(tǒng)的工作狀態(tài)與氣候條件密切相關(guān)，當(dāng)氣候條件發(fā)生質(zhì)的變化時(shí)，容易發(fā)生故障。因此，怎樣制定該系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、有效的解決方案？是長(zhǎng)期以來(lái)一直思考的難題。工作人員通過(guò)多年來(lái)不斷走訪、咨詢、調(diào)研、摸索與實(shí)踐，獲取第一手資料，經(jīng)過(guò)充分的論證，在實(shí)踐中取得了良好的效果。為此，下文先對(duì)天饋線系統(tǒng)的原理作一些了解，以便對(duì)天饋線系統(tǒng)有必要的正確認(rèn)識(shí)。

2.1 天饋線系統(tǒng)的組成

天饋線系統(tǒng)是廣播電視信號(hào)傳輸中的重要設(shè)備,它由天線、分饋線、變阻器和主饋線組成。天饋線系統(tǒng)的構(gòu)成較復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，就會(huì)使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生較大的駐波比，對(duì)安全播出造成嚴(yán)重影響。

天饋線系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，決定著廣播電視信號(hào)播出質(zhì)量，因此，做好系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建立可靠的技術(shù)保障措施，是確保廣播電視安全播出工作的重要環(huán)節(jié)。

天饋線系統(tǒng)分單饋和雙饋兩種傳輸方式，天線的層數(shù)也由1～8層不等，方向的指向性分全向和定向兩種。下面就以四層四面全向發(fā)射天線為例，對(duì)四層四面單饋發(fā)射天饋線系統(tǒng)架構(gòu)圖（見圖1）和四層四面雙饋發(fā)射天饋線系統(tǒng)架 構(gòu)圖（見圖2）進(jìn)行分析比較。

圖1 四層四面單饋全向發(fā)射天線架構(gòu)圖

圖2 四層四面全向雙饋發(fā)射天線架構(gòu)圖

2.2 發(fā)射天線的作用與原理

發(fā)射天線是將發(fā)射機(jī)的功率信號(hào)能量有效地轉(zhuǎn)換成空間傳播的電磁波能量，現(xiàn)應(yīng)用于廣播電視發(fā)射機(jī)的天線種類主要有兩種：雙偶極子天線和四偶極子天線。

廣播電視發(fā)射天饋線系統(tǒng)，是發(fā)射機(jī)重要的組成部分也是一個(gè)重要而關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，確保發(fā)射天饋線系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)工作任務(wù)。天饋線系統(tǒng)的功率容量、天線增益和帶寬都有了很大提高，能滿足全頻段的工作要求，給廣播電視技術(shù)提供了便利和可靠的技術(shù)保障。隨著廣播電視科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從圖2和圖2的架構(gòu)圖中可以看出，天線分為四層，上半部?jī)蓪訛橐唤M，下半部?jī)蓪右矠橐唤M，天線振子通過(guò)分饋線分別對(duì)應(yīng)連接于相應(yīng)的8功率分配器，組成了一幅四層四面全向發(fā)射天線系統(tǒng)。

2.3 單饋和雙饋的作用

在主饋線系統(tǒng)中，有單饋和雙饋之分。單饋是將發(fā)射機(jī)輸出的功率信號(hào)，直接送入整個(gè)天線系統(tǒng)，而雙饋顧名思義就是采用兩根單饋同時(shí)進(jìn)行工作。

雙饋技術(shù)最主要的優(yōu)勢(shì)是有效提高了天饋系統(tǒng)的功率容量和工作的可靠性。它是由兩根電長(zhǎng)度相等、相位差小于5°的主饋電纜分別對(duì)天線系統(tǒng)的上半副天線陣列和下半副天線陣列傳送功率信號(hào)。也就說(shuō)，由圖2的四層四面全向雙饋發(fā)射天線架構(gòu)圖可以看出，在雙饋系統(tǒng)中，由兩根主饋電纜分別連接于對(duì)應(yīng)的上半副天線陣列和下半副天線陣列，各組成了一幅發(fā)射天線，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)天線開關(guān)板的切換，可以選擇無(wú)故障的另半副天線陣列進(jìn)行工作，保障了安全播出。

3 天線開關(guān)板切換系統(tǒng)的功能與原理

開關(guān)板是廣播電視無(wú)線發(fā)射天線雙饋技術(shù)的核心設(shè)備，它是在功率分配器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，也就是在功率分配器的輸入和輸出端，增加幾個(gè)可轉(zhuǎn)換的接口，便捷地實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)輸出功率信號(hào)可與整副天線陣列、上半副天線陣列（天線1）或下半副天線陣列（天線2）饋電倒換，確保了廣播電視安全播出。在結(jié)構(gòu)上，有3 dB耦合器型和直分型兩種。3 dB耦合器型開關(guān)板的兩個(gè)輸出端口有較高的隔離度，但直分型天線開關(guān)板的工作頻帶更寬。在數(shù)字電視發(fā)射普及的今天，直分型天線開關(guān)板更常用。

3.1 天饋系統(tǒng)正常工作運(yùn)行時(shí)

發(fā)射機(jī)的射頻功率信號(hào)經(jīng)開關(guān)板將總功率信號(hào)分為兩路等功率和等相位，再分別饋送給上半副天線陣列（天線1）和下半副天線陣列（天線2），上、下半副天線陣列發(fā)射的電磁波信號(hào)在空中進(jìn)行合成，完成了整副天線的正常發(fā)射功能，原理圖如圖3所示。

圖3 開關(guān)板原理圖

3.2 下半副天線陣列故障時(shí)

當(dāng)下半副天線陣列（天線2）出現(xiàn)故障時(shí)，把開關(guān)板上的信號(hào)輸入端口和天線1端口通過(guò)轉(zhuǎn)接器直接連接，將功分器旁路，此時(shí)的工作狀態(tài)為發(fā)射機(jī)的功率信號(hào)通過(guò)開關(guān)板上的轉(zhuǎn)接器后，再由單饋將功率信號(hào)傳送到上半副天線陣列（天線1）工作，下半副天線陣列（天線2）停止運(yùn)行，完成了正常播出，如圖4所示。

圖4 輸入端口與天線1直連示意圖

3.3 上半副天線陣列故障時(shí)

當(dāng)上半副天線陣列（天線1）出現(xiàn)故障時(shí)，把開關(guān)板上的信號(hào)輸入端口和天線2端口通過(guò)轉(zhuǎn)接器直接連接，將功分器旁路，此時(shí)的工作狀態(tài)為發(fā)射機(jī)的功率信號(hào)通過(guò)開關(guān)板上的轉(zhuǎn)接器后，再由單饋將功率信號(hào)傳送到下半副天線陣列（天線2）工作，上半副天線陣列（天線1）停止運(yùn)行，完成了正常播出，如圖5所示。

圖5 輸入端口與天線2直連示意圖

4 技術(shù)要求

在天饋線系統(tǒng)的維護(hù)和管理上，缺乏專業(yè)的技術(shù)維護(hù)人員，并受各種自然環(huán)境因素條件限制，因而，天饋線系統(tǒng)在方案設(shè)計(jì)、加工和安裝中對(duì)質(zhì)量要求就非常高。

在天線系統(tǒng)、雙饋系統(tǒng)和天線開關(guān)切換系統(tǒng)中，其整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在UHF全頻段470～798 MHz頻率范圍內(nèi)的寬帶性能，電壓駐波比指標(biāo)小于1.08，功率容量大于30 kW，功率增益大于12 dB的優(yōu)良性能和指標(biāo)，完全能滿足任何電視頻率發(fā)射工作的需求。

5 天饋線系統(tǒng)的防水技術(shù)保障措施

雙饋系統(tǒng)技術(shù)方案是技術(shù)安全保障措施中安全播出應(yīng)急預(yù)案的體現(xiàn)，但它并不代表天饋線系統(tǒng)就不會(huì)發(fā)生故障。要確保天饋線系統(tǒng)不發(fā)生故障或盡可能地少發(fā)生故障，天饋線系統(tǒng)的技術(shù)保障措施的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)則是做好天饋線系統(tǒng)防水保障工作。

天饋線系統(tǒng)發(fā)生故障主要是主饋線或分饋線進(jìn)水而產(chǎn)生，導(dǎo)致進(jìn)水故障則是由于饋電頭內(nèi)部防水密封膠圈和饋電頭外部防水密封膠老化與變形，使密封的功能失去應(yīng)有作用。這種情況發(fā)生后，在發(fā)射機(jī)工作時(shí)，由于天饋線系統(tǒng)在發(fā)射機(jī)功率的作用下，內(nèi)部將產(chǎn)生一定的溫度，使內(nèi)部空氣壓力增大，通過(guò)防水密封受損處向外排出空氣，并使內(nèi)外空氣達(dá)到平衡；當(dāng)發(fā)射機(jī)停止工作時(shí)，由于天饋線系統(tǒng)內(nèi)部溫度將會(huì)與室外溫度一致，其內(nèi)部空氣壓力又將減小并低于外部壓力，就會(huì)從空氣中吸入潮濕的空氣，從而引起故障。因此，天饋線系統(tǒng)的維護(hù)工作，使發(fā)射機(jī)的天饋線系統(tǒng)具有優(yōu)良的氣密性，是技術(shù)保障的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，然后采用干燥空氣充氣機(jī)進(jìn)行對(duì)發(fā)射機(jī)主饋線、變阻器和分饋線進(jìn)行充氣，可確?？諝庵兴植粫?huì)進(jìn)入到天饋線系統(tǒng)內(nèi)部。

6 結(jié)語(yǔ)

在新形勢(shì)下，我臺(tái)大膽對(duì)發(fā)射傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行了技術(shù)改造，率先完成了具有安全性、可靠性、科學(xué)性和先進(jìn)性突出特點(diǎn)的全頻段發(fā)射天線與雙饋系統(tǒng)和開關(guān)切換系統(tǒng)進(jìn)行組合的實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)輸出的功率信號(hào)可分別與整副天線陣列、上半副天線陣列或下半副天線陣列饋電的倒換，做到了不間斷播出，將天饋線系統(tǒng)故障的影響降到最低，提高了發(fā)射系統(tǒng)穩(wěn)定性，并使發(fā)射系統(tǒng)易于改頻和擴(kuò)展等多種優(yōu)勢(shì)，為廣播電視的安全播出工作提供了可靠保障。