利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對大功率短波饋線進(jìn)行調(diào)試的方法

鄭仕兵

摘要：該文講解了大功率短波饋線的結(jié)構(gòu)及阻抗匹配原理，結(jié)構(gòu)變化帶來的影響，并提供了一種利用網(wǎng)絡(luò)分析儀方便快捷尋找饋線故障點(diǎn)的方法，提高了處理故障的效率。

關(guān)鍵詞：饋線;阻抗;電長度;反射系數(shù)

中圖分類號：TN811+.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）32-0071-02

1 引言

饋線系統(tǒng)是大功率短波發(fā)射系統(tǒng)的組成部分之一，饋線系統(tǒng)與發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的良好阻抗匹配，能夠使天線獲得最大的傳輸功率，使服務(wù)區(qū)獲得最好的收聽效果。但在實(shí)際使用中，由于自身老化及外力（大風(fēng)、雨雪等）等原因而改變饋線的物理結(jié)構(gòu)，從而影響?zhàn)伨€系統(tǒng)與發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的良好阻抗匹配，這就需要對饋線系統(tǒng)定期檢測、調(diào)試，保持良好的工作狀態(tài)。

2 饋線結(jié)構(gòu)及阻抗

大功率短波發(fā)射系統(tǒng)的饋線一般采用二線式架空平衡饋線，饋線為銅包鋼，可以避免銅線的硬化，同時為適應(yīng)大功率傳輸，每線由一定根數(shù)的銅包鋼做成籠型，以某發(fā)射系統(tǒng)為例，傳輸500KW功率，饋線阻抗300Ω，單線銅包鋼數(shù)量為8根，R為500m，如圖1所示。

可由下述公式計算該結(jié)構(gòu)饋線阻抗：

其中Z為平衡饋線實(shí)際阻抗，k為尺寸系數(shù)，R為雙線中心距（500m），Re為單線等效尺寸，D為籠型直徑，r為單根銅包鋼直徑，n為單線銅包鋼根數(shù)。

3 饋線物理結(jié)構(gòu)變化的影響

由上述公式可以看出，改變單線籠型的直徑（變形）或者雙線之間的中心距，都會導(dǎo)致饋線阻抗發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)射機(jī)輸出阻抗與饋線阻抗不匹配，在饋線上的某些位置形成大的駐波和反射，危害發(fā)射系統(tǒng)的播音安全。

4 天饋線物理結(jié)構(gòu)變化位置的確定

4.1 網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試原理

利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試饋線，就是用網(wǎng)絡(luò)分析儀在某頻段對饋線系統(tǒng)進(jìn)行掃面，獲得電長度尺寸上各點(diǎn)的駐波比、反射系數(shù)、阻抗等參數(shù)，從而找到駐波比較大、反射系數(shù)較高、阻抗偏離較多的點(diǎn)，快速準(zhǔn)確地對故障點(diǎn)進(jìn)行定位，并且可以在實(shí)時顯示效果的情況下對饋線進(jìn)行調(diào)整。

4.2 理論計算

由天饋線理論可知，當(dāng)平衡饋線的特性阻抗與發(fā)射機(jī)的輸出阻抗及天線的阻抗呈匹配狀態(tài)時，電磁波在傳輸過程中呈行波狀態(tài)，饋線上無反射點(diǎn)，整體反射系數(shù)為零。如果饋線上某一點(diǎn)的特性阻抗與發(fā)射機(jī)的輸出阻抗及天線的阻抗不匹配，在該點(diǎn)就會有駐波，反射系數(shù)就大于零。駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系如下：

由四分之一波長傳輸線理論可知，當(dāng)四分之一波長傳輸線的輸入阻抗和負(fù)載阻抗相等時，四分之一波長傳輸線的特性阻抗也必須與之相匹配，否則，在該傳輸線上就會產(chǎn)生反射波。我們可以把大功率短波饋線看作n節(jié)四分之一波長傳輸線，如果饋線上有反射系數(shù)異常點(diǎn)，必然與四分之一波長呈現(xiàn)倍數(shù)關(guān)系。四分之一波長與頻率的關(guān)系如下：

4.3 實(shí)際測試調(diào)整的應(yīng)用

現(xiàn)以PNA3628DP網(wǎng)絡(luò)分析儀為例簡介實(shí)際應(yīng)用過程（詳細(xì)使用方法可參考使用說明書）。

使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量功能，可以知道測試長度內(nèi)每一個調(diào)整點(diǎn)反射系數(shù)的大小，換句話講，就是可以知道調(diào)整點(diǎn)距離測試端口的位置。這樣，我們就能夠迅速定位到調(diào)整點(diǎn)。

使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻域測量功能，可以知道掃描頻段內(nèi)的駐波比曲線，頻率和駐波比是對應(yīng)的關(guān)系，直觀顯示饋線的整體調(diào)試效果。

按照說明要求連接好測試儀器并進(jìn)行設(shè)置校準(zhǔn)，我們以發(fā)射機(jī)輸出端第一個交換開關(guān)平衡饋芯為測試起點(diǎn)進(jìn)行測試。假設(shè)以11M—21.6M帶寬對某饋線進(jìn)行掃描，該饋線長度在420m左右，掃描數(shù)據(jù)如下表1所示。

電長度=機(jī)械長度*介質(zhì)系數(shù)，空氣介質(zhì)系數(shù)為1。

經(jīng)實(shí)地確認(rèn)，164m位置為一雙桿支撐立柱，其結(jié)構(gòu)如圖3，支撐立柱兩側(cè)的饋線由跳籠連接，跳籠是懸空無固定的，兩跳籠之間的中心距由定長度的絕緣磁棒來決定，由于大風(fēng)等原因，導(dǎo)致絕緣磁棒的固定點(diǎn)發(fā)生位移，跳籠變形，從而引起該位置阻抗值發(fā)生變化，造成該點(diǎn)反射系數(shù)較大。按照設(shè)計圖紙重新校正跳籠各固定點(diǎn)位的中心距，重新掃描后，該點(diǎn)反射系數(shù)降為0.0098（允許值<0.05，一般在饋線位置反射系數(shù)盡量調(diào)整至0.02以下，駐波比1.5以下）。

對位置點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地確認(rèn)也有一個快速方便的方法，就是制作一個短接線，在大概距離的饋線位置短接，看網(wǎng)絡(luò)分析儀中出現(xiàn)全反射的點(diǎn)是否和短接的點(diǎn)吻合，以此逐步確定饋線的調(diào)整點(diǎn)，這比在戶外測量距離要簡單快捷。

下表為理論計算反射系數(shù)點(diǎn)與實(shí)際定位點(diǎn)的對照表，可以看出二者的對應(yīng)關(guān)系基本一致，所以我們可以根據(jù)平時播音中駐波比較大的頻率做出理論計算，實(shí)際調(diào)試中就可以有針對性地優(yōu)先對這些點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整，避免了盲目性，提高了效率。

5 結(jié)束語

通過定期測試或根據(jù)發(fā)射機(jī)駐波比、反射功率越限的告警提示來及時安排測試，能夠?qū)φ麄€饋線系統(tǒng)的狀況了如指掌，將以往的被動處理故障變?yōu)橹鲃宇A(yù)防檢修，可以降低因饋線系統(tǒng)故障而引發(fā)的長時間重大停播事故發(fā)生，提升設(shè)備維護(hù)水平和維護(hù)技能科學(xué)化。

饋線系統(tǒng)阻抗的測試方法很多，有些方法需要到天線場區(qū)測試，計算過程也較復(fù)雜，實(shí)際操作不方便，該文提供了一種簡單便捷的測試調(diào)整方法，室內(nèi)測試室外調(diào)整，理論計算與實(shí)際定位相結(jié)合，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，測試定位準(zhǔn)確，方便高效，以供讀者參考。

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