大連三〇三轉(zhuǎn)播臺(tái)四頻共饋備塔改造紀(jì)實(shí)

滕文飛 梅峰

【摘要】由中波廣播發(fā)射的天饋線系統(tǒng)是傳播、接收信號(hào)中不可或缺的一部分，因此系統(tǒng)本身的性能直接決定了廣播的傳播功能。本文研究了大連三〇三的現(xiàn)實(shí)狀況，并具體分析和挑選了改造備塔防雷的幾個(gè)方案，在遵循天饋線阻抗匹配的工作原理和原則條件下，靈活運(yùn)用信號(hào)傳輸?shù)姆椒?，重新匹配改造后的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其主要目的是為了有效提高三〇三轉(zhuǎn)播臺(tái)發(fā)射信號(hào)時(shí)的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】中波廣播發(fā)射;天饋線系統(tǒng);防雷;匹配

1. 問(wèn)題發(fā)現(xiàn)與分析

三〇三轉(zhuǎn)播臺(tái)坐落于大連市金州區(qū)西海工業(yè)園區(qū)的中心地帶，由于轉(zhuǎn)播臺(tái)是在灘涂地帶建造的，因此周圍環(huán)境十分開(kāi)闊，方圓幾百米內(nèi)都沒(méi)有建筑物。三〇三轉(zhuǎn)播臺(tái)有四座超過(guò)100米高的發(fā)射塔，且發(fā)射塔完全由鋼架組成，因此轉(zhuǎn)播臺(tái)經(jīng)常受到雷電的攻擊，特別是在每年的夏季，臺(tái)站遭遇的雷電事故就更多了，受到了嚴(yán)重威脅。

當(dāng)每年雷電頻發(fā)的季節(jié)來(lái)臨時(shí)，發(fā)射塔就特別容易被雷電擊中，只要發(fā)射塔遭遇了雷擊，雷電流就會(huì)通過(guò)發(fā)射天線進(jìn)入到有中波廣播發(fā)射的天饋線系統(tǒng)中，從而造成發(fā)射機(jī)的毀壞，而廣播的正常運(yùn)行是離不開(kāi)發(fā)射機(jī)的作用的。技術(shù)工作人員去實(shí)地考察后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)播臺(tái)的四頻共用備塔之所以能實(shí)現(xiàn)不同頻率之間的有效轉(zhuǎn)換，都是六個(gè)真空繼電器的作用，但是在最初的繼電器設(shè)計(jì)中存在某些不足，以致于繼電器和發(fā)射塔的石墨放電裝置zz缺乏雷電泄露的隔離裝置，也就是沒(méi)有微亨級(jí)電感L0和隔直電容C0的安裝，因此繼電器在備塔受到攻擊后很容易就會(huì)被破壞，詳情看圖1.1。

當(dāng)備塔遭遇雷電的攻擊后，在沒(méi)有隔離和排放的情況下，強(qiáng)大的攻擊力足以瞬間損毀繼電器，甚至?xí)购罄m(xù)的網(wǎng)絡(luò)器件和發(fā)射機(jī)受到損壞。雷電的攻擊是非常霸道的，電流在經(jīng)過(guò)真空繼電器撥片時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，從而融化撥片的自身結(jié)構(gòu)，撥片融化后就會(huì)和接片連在一起，也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換性能失靈。因?yàn)檫@一變化是出現(xiàn)在內(nèi)部的，從真空繼電器的外觀上發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是很困難的，因此工作人員在檢查機(jī)器時(shí)也很容易忽略。在繼電器受到損壞的前提條件下發(fā)射信號(hào)，這時(shí)的頻率不是正確的，就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不匹配等問(wèn)題。備機(jī)備塔本身的意義是在主機(jī)主塔、備機(jī)主塔都發(fā)生意外時(shí)承擔(dān)信號(hào)發(fā)射的工作，是一種最后迫不得已使用的應(yīng)急方案，如果備機(jī)備塔也發(fā)生了意外，就一定會(huì)導(dǎo)致停播，影響人們的正常生活，所帶來(lái)的后果的巨大的。由此可見(jiàn)，備機(jī)備塔的作用是非常重要的。

2. 防雷設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)匹配

中波廣播發(fā)射臺(tái)常見(jiàn)的防雷措施有：受到雷電攻擊后利用天線尖端釋放電能、配備石墨放電裝置zz、隔直電容C0、微亨級(jí)電感L0、匹配網(wǎng)絡(luò)、移相網(wǎng)絡(luò)及潰管避雷器等等防雷措施。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的前提下，分析對(duì)比三〇三轉(zhuǎn)播臺(tái)的實(shí)際狀況和各種防雷技術(shù)措施可知，由于已經(jīng)裝配了天線尖端釋放電能和石墨放電裝置zz，所以技術(shù)人員決定在備塔繼電器的前端增加一個(gè)新的隔直電容C0（1500pF）和微亨級(jí)電感L0（60uH），再按照新裝置的轉(zhuǎn)播系統(tǒng)重新匹配網(wǎng)絡(luò)，以此來(lái)解決或優(yōu)化三〇三轉(zhuǎn)播臺(tái)持續(xù)受到雷電攻擊的現(xiàn)象，在一定程度上提升轉(zhuǎn)播臺(tái)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)射信號(hào)的性能。

但是改造后出現(xiàn)了一個(gè)新問(wèn)題，在增加了新的隔直電容C0和微亨級(jí)電感L0裝置后，之前天線塔基的阻抗值就一定會(huì)發(fā)生變化，因此這時(shí)就需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整匹配的網(wǎng)絡(luò)，由此來(lái)使天線阻抗和發(fā)射及饋線的阻抗是匹配的。根據(jù)三〇三的實(shí)際情況（單頻發(fā)射，天線高度為106.5米）可知，四個(gè)備用電塔的發(fā)射頻率都應(yīng)該選擇Γ網(wǎng)絡(luò)，而各個(gè)頻率匹配的網(wǎng)絡(luò)電路（正?；蚍处＃﹦t是由具體數(shù)據(jù)決定。將L0（60uH）、C0（1500pF）相對(duì)應(yīng)各頻率的阻抗值代入串并互化公式中，便可得到新的天線阻抗值Ra±jXa，詳情對(duì)照表2.1。根據(jù)上述表格各得882KHz和963KHz對(duì)應(yīng)新天線品質(zhì)因數(shù)Q值過(guò)小（Q=XL或XC/Ra，2～6）。因此在963KHz的C0后串聯(lián)一個(gè)750pF（兩個(gè)1500pF串聯(lián)）的電容，這時(shí)963KHz的天線阻抗變成了76.66-j153.3Ω，在882KHz的C0后串聯(lián)1000pF的電容，882KHz的天線阻抗變?yōu)?7.64-j154.15Ω。

當(dāng)?shù)玫叫碌奶炀€阻抗Ra±jXa后，按照實(shí)部阻抗值Ra與饋線阻抗W（50Ω）的大小關(guān)系、天線高度（106.5米）、天線Q值、邊帶頻率等因素，聯(lián)系正、反Γ型匹配網(wǎng)絡(luò)，來(lái)設(shè)計(jì)出合適的匹配網(wǎng)絡(luò)匹配各項(xiàng)工作的頻率，這時(shí)應(yīng)挑選合適的元件。720KHz應(yīng)選擇正Γ型匹配網(wǎng)絡(luò)（Ra=32.68Ω，小于W=50Ω），其它頻率則選擇反Γ型匹配網(wǎng)絡(luò)（Ra大于W）。

上述計(jì)算公式中，X2表示Γ網(wǎng)絡(luò)并臂元件阻抗值，X1表示Γ網(wǎng)絡(luò)串臂元件阻抗值。無(wú)論正Γ網(wǎng)絡(luò)還是反Γ網(wǎng)絡(luò)，X1和X2根號(hào)前應(yīng)互相取異號(hào)，根號(hào)前正負(fù)號(hào)的選取原則：一般電感不大于60uH，電容不大于2500pF。正Γ網(wǎng)絡(luò)中從防雷角度應(yīng)選X2為電感，在X2根號(hào)前應(yīng)取正號(hào)，在X1根號(hào)前應(yīng)取負(fù)號(hào);從防高頻干擾這個(gè)角度來(lái)考慮，應(yīng)該選擇X2為電容，在X2根號(hào)前應(yīng)取負(fù)號(hào)，在X1根號(hào)前應(yīng)取正號(hào)。反Γ網(wǎng)絡(luò)Ra>W，根號(hào)前互相取異號(hào)，計(jì)算出來(lái)的X1和X2必定性質(zhì)相反，選X2為電感，X1必定為電容;選X2為電容，X1必定為電感。而不是正Γ網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出來(lái)的X1和X2既可能是同性質(zhì)，又可能是反性質(zhì)。通常情況下都是根據(jù)天線側(cè)向饋線的方向來(lái)計(jì)算的，分步去等效轉(zhuǎn)換串臂和并臂，再將其計(jì)算進(jìn)天線側(cè)饋線中，處于串臂時(shí)就轉(zhuǎn)化成串聯(lián)模式，處于并臂時(shí)就轉(zhuǎn)化成并聯(lián)模式?？傻玫礁髌ヅ渚W(wǎng)絡(luò)中X1和X2的值，其計(jì)算過(guò)程此處就不在贅述，1035KHz、963KHz、882KHz、720KHz對(duì)應(yīng)的X1、X2的阻抗值，具體如表2.2所示。

如此就可得到改造后的各頻率匹配網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)成，本次改造對(duì)于泄露網(wǎng)絡(luò)的影響相對(duì)較小，可繼續(xù)使用原泄漏網(wǎng)絡(luò)。其電路圖如下圖所示：

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的電路圖實(shí)施安裝工作，并利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀器隨時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，是天線阻抗和饋線特性阻抗是相等的，完成信號(hào)的匹配。

3. 改造效果

從2016年的5月開(kāi)始改造，到2019年的12月31日正式完成改造，一共在三〇三發(fā)生了14次雷擊和落雷，其中備塔天饋線系統(tǒng)直接遭受了三次雷電攻擊，但是工作人員在雷擊后沒(méi)有檢測(cè)出真空繼電器和備塔調(diào)配網(wǎng)絡(luò)元器件有損壞的情況，各個(gè)備機(jī)的頻率發(fā)射狀態(tài)都呈現(xiàn)良好趨勢(shì)。之后，工作人員測(cè)試了經(jīng)改造后的備機(jī)備塔發(fā)射的頻率指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果都滿足了中波發(fā)射機(jī)甲級(jí)技術(shù)指標(biāo)的要求。轉(zhuǎn)播臺(tái)的各種測(cè)試結(jié)果均表明，此次改造基本成功，其設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)，且最終改造結(jié)果也滿足實(shí)際轉(zhuǎn)播臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)需求。為了長(zhǎng)期的發(fā)展著想，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)才能最終確定。

4. 總結(jié)

中波廣播的發(fā)射臺(tái)大多坐落在開(kāi)曠的地方，要求四周沒(méi)有建筑物，由于發(fā)射天線塔的高度是有硬性要求的，因此發(fā)射臺(tái)常常是該地區(qū)的高處，但是出于這種地形環(huán)境下的發(fā)射塔極易受到雷電的攻擊。本文研究了三〇三四頻公用備塔現(xiàn)在的防雷措施，旨在找出天饋線系統(tǒng)中存在的不足，并有針對(duì)性地去解決，給三〇三的公用備塔設(shè)計(jì)一套新的防雷方案及匹配網(wǎng)絡(luò)，有效改造備塔天饋線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。本文的目的在于給我國(guó)中波廣播臺(tái)站的防雷和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供一定的借鑒，給同行帶去重要的參考經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓大國(guó).中波廣播發(fā)射技術(shù)[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2015.

[2]馮旭棟.中波廣播發(fā)射系統(tǒng)防雷技術(shù)[J].西部廣播電視，2015，（04）：176-176.

[3]唐建林;三頻共塔1KW中波廣播發(fā)射機(jī)網(wǎng)絡(luò)[J];青海師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）;2014年02期

[4]李文;周口中波轉(zhuǎn)播臺(tái)三頻共塔天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];中國(guó)傳媒科技;2017年04期