淺談調(diào)頻廣播天饋線系統(tǒng)原理及日常檢修維護

韋曦奇 余凱 陳金輝 韋大福

（1.廣西廣播電視技術中心百色分中心；2.廣西廣播電視無線傳播樞紐臺；3.廣西廣播電視技術中心柳州分中心）

一、引言

天饋線系統(tǒng)是將發(fā)射機所產(chǎn)生的射頻電能轉換為向自由空間輻射的電磁波，是調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分，可以稱之為安全播出最后的生命線。天饋線的優(yōu)劣直接影響節(jié)目播出質(zhì)量和覆蓋范圍，一旦出問題可能就導致重大停播事故。但是平時工作中能真正接觸到天饋線拆裝的實踐機會少之又少，往往忽略了天饋線系統(tǒng)的學習，所以了解天饋線的原理、分類、構造，以及熟練掌握檢測天饋線系統(tǒng)的能力是確保安全播出必不可少的技能。因此想通過此文淺談自己在天饋線日常維護工作學習中獲得的經(jīng)驗、體會與大家分享、交流。

二、天線的基本特性和參數(shù)

天線可以將傳輸線送來的導行波能量轉換成空間傳播的電磁波能量。天線可以均勻的向周圍輻射電磁波能量，也可以向特定方向的空域輻射電磁波能量。由于電波的傳輸特性，對于米波以上頻段，地球表面呈現(xiàn)為介質(zhì)，電磁波能量幾乎全部被地球表面吸收，而電離層對于這樣高的頻段不起反射作用，故也不能靠天波傳播，因此同中短波利用地波和天波的傳輸不同，調(diào)頻廣播利用空間波傳播是唯一傳輸形式。由于電波在遠距離傳輸中，空間波受地面各種障礙物阻擋，其傳輸距離只能被限制在視距范圍內(nèi)，所以調(diào)頻發(fā)射天線的視距與俯角就是架設天線需要考慮的一個重要部分，其中還要考慮天線的垂直面波瓣下傾、零點補償、極化方式等要素。發(fā)射臺天饋線系統(tǒng)的品質(zhì)好壞，直接影響到節(jié)目的播出質(zhì)量。因而要通過提高發(fā)射功率、增加天線增益、減少饋線的損耗、選擇合適的天線等措施來提高系統(tǒng)性能。在實際應用與安裝維護中，我們需要了解以下概念：

（一）極化方式

天線的極化方式是指電場矢量的方向與電波傳輸方向的相對關系，根據(jù)麥克斯韋理論，只有電場和磁場矢量相差90度時，才能發(fā)射電磁波，如果電場矢量的方向在一直線上變動，即電場矢量的末端軌跡為直線，則稱為線極化。在工程上，如果電場矢量與地面平行，稱為水平極化，電場矢量與地面垂直，稱為垂直極化，如果電場矢量的末端軌跡是一個圓或者橢圓，則成為圓極化，按空間理解，圓極化是由垂直極化與水平極化合成，輻射某種極化電磁波的天線就稱做對應極化天線。在實際應用中電視與調(diào)頻的設備性質(zhì)與傳輸特性基本相同，一般采用同臺建設，按照規(guī)劃可以有多套電視和調(diào)頻節(jié)目。以往我國多使用水平極化天線，但由于發(fā)射臺在服務區(qū)所處的地理位置不同，以及對相干區(qū)域的規(guī)劃設計，目前逐漸采用水平、垂直和圓極化等各種極化方式來更好的覆蓋服務區(qū)。

（二）駐波比

駐波比是指饋線上的電流（或電壓）最大值與電流（或電壓）最小值之比。駐波比的倒數(shù)就是行波系數(shù),兩者都能表示天饋系統(tǒng)能量傳輸?shù)钠ヅ淝闆r。當饋線的負載阻抗與饋線的特性阻抗不匹配時，在饋線的終端會產(chǎn)生反射波，并經(jīng)饋線向發(fā)射機方向回傳，與從發(fā)射機方向來的入射波疊加形成駐波。調(diào)頻天線工作狀況好壞主要看天線駐波比指標是否符合要求，駐波比越小，表示反射功率越小，天饋系統(tǒng)性能就越好。對于發(fā)射功率較大的天饋線而言，若反射過大，天饋線系統(tǒng)上將有較高的電流、電壓，可能會引起某些部件、絕緣子被擊穿或發(fā)生電暈現(xiàn)象，或者局部發(fā)熱，甚至打火、燃燒，這些都影響天饋線系統(tǒng)的正常工作。

三、目前最常用的調(diào)頻偶極子發(fā)射天線介紹及安裝注意事項

（一）偶極子天線的種類

偶極子天線按照偶極子的數(shù)量可分為：單偶極子天線、雙偶極子天線、四偶極子天線，由于這種類型的天線通常帶有反射板，因此也叫偶極子板天線。反射板通常由金屬網(wǎng)構成，表面有防腐材料或鍍鋅處理，對于沿海地區(qū)可采用304不銹鋼材質(zhì)。天線振子通過固定夾具安裝在反射板上，振子通常有漏水孔，安裝時要注意漏水孔朝下，防止天線振子進水后無法順利排出。多個偶極子天線在同一方向上以相應波長的距離組合，形成了多層偶極子天線，層數(shù)的不同決定了增益的不同，對功率的分配和饋電結構等有不同的要求。下面重點介紹目前發(fā)射臺FM發(fā)射天線使用最多的雙偶極板發(fā)射天線。

（二）FM水平極化雙偶極板發(fā)射天線

FM水平極化發(fā)射天線單元功率容量大、駐波好，根據(jù)服務區(qū)情況可以設計不同的組合，能夠作為定向發(fā)射或全向發(fā)射天線，在垂直面上增加多層單元板可以組成天線陣以提高增益。在實際應用中，可以選擇多層多面達到增益和理想的方向圖效果。在安裝天線振子時應注意上下方向，輸入電纜頭必須是順時針的同一方向，所有電纜頭必須旋緊，不能有松動的現(xiàn)象，在安裝天線后應將分饋線與天線間的連接頭使用專用密封膠、密封膠帶密封好，防止進水、進潮氣。（水平極化雙偶發(fā)射天線如圖1，安裝現(xiàn)場如圖2所示）

圖1

（三）安裝檢查

圖2

圖3

安裝前我們要先了解天線類型，根據(jù)不同要求進行檢查安裝，就我臺目前所使用的天線大多為開路天線，例如調(diào)頻雙偶極子天線就是開路天線。發(fā)射天線一般都是根據(jù)具體發(fā)射臺實際要求所定制，因此了解所用天線類型才能針對性的安裝與檢查維護。以FM水平極化雙偶極板天線來說，在實地安裝前應該檢查天線是否有松動現(xiàn)象，用萬用表歐姆檔分別檢測天線芯線與地線就應該為開路狀態(tài)，然后檢測功分器，檢測里面不應該有響聲，同樣用萬用表檢測輸出口的每個芯線是否相互短路，而每一個芯線與地線間都應是開路，一切符合要求方可安裝。饋管同樣也使用萬用表一一測量芯線必須與地線為開路，安裝時如果條件允許還需使用天饋線測試儀測量各項指標如圖3（測量方法這里就不詳細說明）。各項檢查都達到指標要求后按順序?qū)⑺须娎|頭扭緊，密封固定即可。其實無論何種天線類型，安裝與日常檢修大同小異，只要根據(jù)掌握的天饋線電氣原理、機械連接要求就能輕松安裝檢修。

四、日常維護檢修

發(fā)射天線應定期維護，定期在機房用掃頻儀觀察駐波比的變化，若有異常，一步步針對性查找問題。通常采用分段式測量駐波比的方法，先在主饋管的終端接上50Ω假負載，在其輸入端測試駐波比判斷主饋管是否有問題，若指標不正常，則可判定故障就出在天線部分；繼續(xù)通過分段檢測，一一判斷每一根分饋管電纜的問題，同樣針對天線單元進行檢測一一排除尋找問題部位。平時還需做好分饋電纜線接頭、功分器與主饋電纜接頭的防水處理，每個電纜接頭的前端都嵌有防水用的硅橡膠圈，如果封閉不好應及時更換，做好天線分饋電纜線的固定、功分器與主電纜接頭的固定，如果固定不牢固，長時間使用后松動，造成接觸不良，將影響天饋線的匹配，使天線不能發(fā)揮更好的效用，嚴重時還會損壞發(fā)射機的功率放大器，造成停播事故。在有效覆蓋范圍內(nèi)定時選擇不同距離的監(jiān)聽，進行場強收測，根據(jù)監(jiān)測收聽點反饋的信息，結合常規(guī)檢測辦法確定故障，再一步步排除，因此日常維護檢測非常重要。

五、常見故障分析及處理辦法：

故障一現(xiàn)象：107MHz調(diào)頻廣播天線通過新裝天饋管智能充氣機發(fā)現(xiàn)打氣機無法達到保壓告警，播出質(zhì)量未影響。

故障分析處理：針對這種情況，初步判定天饋線系統(tǒng)連接處存在漏氣情況，無進水或者接觸不良情況，因為天饋線系統(tǒng)主要構成就是主饋電纜、功分器、分饋電纜、天線的相互連接，所以通過不停向天饋線充氣，通過涂抹泡沫水的方式從下往上檢查各個連接處檢查是否有漏氣，最終發(fā)現(xiàn)由于常年累月日曬雨淋導致主饋電纜密封連接處密封不嚴漏氣。重新打膠緊固接頭，待氣壓飽和后用防水膠布纏繞恢復正常。

故障二現(xiàn)象：發(fā)射機各項指示正常，但是接收質(zhì)量差。

故障分析處理：這類情況可以通過檢查天饋線系統(tǒng)，測環(huán)路電阻值，電阻值不穩(wěn)定有幾百歐阻值抖動變化，可以斷定天饋線系統(tǒng)有老化或者異物接觸不良導致整體系統(tǒng)不穩(wěn)定，這種情況下將功分器與主饋電纜頭及分饋線頭擰開，短路每條饋線芯線與屏蔽層，測環(huán)路電阻值，再測功分器各路芯對芯、屏蔽層對屏蔽層的阻值，看是否正常導通，以及測試各個振子阻值是否正常，一般這類情況大多是因為進水氧化造成連接處接觸不良，若有新備件將測量不達標的元器件全部更換，若沒有就清除各元器件上的氧化物，重新制作接頭，用萬用表測量電阻值以及掃頻儀測量駐波比無誤后將接頭擰緊，在電纜連接頭外皮處用膠水封好即可。

故障三現(xiàn)象：早上開機15CH發(fā)射機入射功率低反射功率和駐波比變大，設備告警。

故障分析處理：首先檢查發(fā)射機是否正常，將發(fā)射機接入假負載試機各項參數(shù)正常，排除發(fā)射機故障引起的。該發(fā)射機是單獨天線播出不經(jīng)過多工器，排除多工器故障。因此判斷故障點應該在饋管或天線上。由于以前也出現(xiàn)過前一晚上下雨導致該發(fā)射機早上開機的時候駐波比和反射功率偏大，工作一段時間后就恢復正常的現(xiàn)象。而這次故障也是前一天晚上下了一整晚大雨后早上開機出現(xiàn)故障，所以判斷是天線接頭密封不好雨水滲進天線導致發(fā)射機反射功率變大。于是將發(fā)射機降功率播出，等天線的水分蒸發(fā)完后各項參數(shù)恢復正常后，將發(fā)射機恢復正常播出。利用周二下午停機檢修時間，上塔檢查天線和饋管的接頭處發(fā)現(xiàn)密封膠水老化，將該處接頭拆開清理干凈接回重新打膠密封后，再遇下雨也沒有出現(xiàn)之前的故障。

六、小結

發(fā)射天饋線系統(tǒng)主要由天線振子、功分器、饋線電纜連接而成，天線可根據(jù)實際情況采用不同極化方式，在安裝檢修前弄懂天線類型是維護天饋線系統(tǒng)的首要工作，存在故障的普遍原因主要是時間一長電纜接頭防水的硅膠圈松動變形導致密封不牢固，加上高山臺站雨水多，導致天饋線或功分器滲水，絕緣電阻大大降低，形成短路，或者雨水順著電纜線進入分饋線接頭及功分器，產(chǎn)生各種氧化物跟污垢，造成各配件接觸不良或者短路，使整個天饋線系統(tǒng)指標低或者無法工作，所以了解天饋系統(tǒng)原理及做好日常檢修維護是確保安全播出工作的重要保障。