調(diào)頻廣播發(fā)射天線原理與維護(hù)

臧志遠(yuǎn)

【摘要】無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來，并通過饋線送到無線電接收機(jī)。天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。本文著重介紹了調(diào)頻廣播天線的特點(diǎn)、調(diào)頻廣播常用的偶極板天線以及天線的維護(hù)。

【關(guān)鍵詞】偶極子板;極化 ;駐波比;饋線;VSWR

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.017

天線的作用就是把從導(dǎo)線上傳來的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為無線電波發(fā)射到空間;收集無線信號(hào)并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱;將兩導(dǎo)線張開，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長度L遠(yuǎn)小于波長λ時(shí)，輻射很微弱;導(dǎo)線的長度L增大到可與波長相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。

饋線是連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端的導(dǎo)線，主要功能是以最小的損耗有效傳輸信號(hào)能量，傳輸損耗盡可能小，自身不產(chǎn)生或拾取雜散干擾信號(hào)，故傳輸線要求屏蔽或平衡，當(dāng)傳輸線的幾何長度大于或等于所傳輸信號(hào)的波長時(shí)就叫長傳輸線，調(diào)頻測(cè)試長線一般20米～30米。

1. 調(diào)頻廣播天線的特點(diǎn)

1.1 天線的幾個(gè)基本參量

天線的方向性與增益，一般將輻射強(qiáng)度與方位的關(guān)系稱為天線的方向性。無方向性天線的輻射強(qiáng)度E。與Em（最大輻射度）之比的倒數(shù)一般稱為相對(duì)于無方向天線的天線增益，或簡稱增益G，即G=Em/E。在調(diào)頻發(fā)送天線中，其增益是以半波天線為基準(zhǔn)的，也即所謂天線增益是相對(duì)于半波天線而言。

1.2 輻射電阻

有效面積和有效長度調(diào)頻廣播的頻率范圍87～108MHz，根據(jù)地形或服務(wù)對(duì)象等原因，調(diào)頻天線的極化方式為圓極化、線性極化（水平極化、垂直極化）。調(diào)頻頻道的帶寬為200KHz，所以可以使用頻帶較窄的天線。但在實(shí)際應(yīng)用中，一般要多套節(jié)目共用天線，因此均采用寬頻帶天線，而且其VSWR受到調(diào)頻線性失真的限制，不能超出允許范圍。

當(dāng)饋電線與發(fā)送天線不匹配時(shí)，那么對(duì)于電視廣播來說，接收?qǐng)D像會(huì)產(chǎn)生重影，而對(duì)于調(diào)頻廣播來說，將產(chǎn)生像非線性失真那樣使調(diào)頻特性惡化的現(xiàn)象。在調(diào)頻立體聲廣播場合，左右分離度是一項(xiàng)主要指標(biāo)，是用100Hz～15000Hz的調(diào)制頻率以最大調(diào)制度進(jìn)行調(diào)制的，其左右分離度應(yīng)在30dB以上，左右分離度隨發(fā)射機(jī)負(fù)載（發(fā)送天線系）VSWR的變化而變化，為了確保左右分離度在30dB以上，VSWR最大應(yīng)小于1.5。在立體聲廣播時(shí)，其主信道信號(hào)對(duì)立體聲副信道產(chǎn)生串音及副信道的失真系數(shù)，或者副信道對(duì)主信道的串音等等都隨著發(fā)射機(jī)負(fù)載VSWR之變而變，但當(dāng)發(fā)送天線系統(tǒng)的VSWR低于1.5時(shí)，能將指標(biāo)限制在部標(biāo)規(guī)范內(nèi)。在饋線非常長以及使用多頻共用設(shè)備場合，應(yīng)保持具有良好的VSWR。從上述討論可知，在單聲道廣播或立體聲廣播時(shí)，失真系數(shù)等調(diào)頻特性為發(fā)送天線系統(tǒng)的VSWR所左右，所以應(yīng)對(duì)這特性予以足夠的重視。

調(diào)頻發(fā)送天線的帶寬特性對(duì)電視發(fā)射天線而言，幾乎不成問題，即使對(duì)于電視廣播來說頻帶較窄的天線，也能用于調(diào)頻廣播。但在數(shù)臺(tái)不同頻率發(fā)射機(jī)共用一付天線場合，該天線就應(yīng)具有較寬頻帶特性，下面將介紹在實(shí)際應(yīng)用中最常用的偶極子板天線。

偶極子板天線是一種性能較好，應(yīng)用廣泛的發(fā)射天線，過去多用于電視廣播。隨著調(diào)頻廣播多工的應(yīng)用，對(duì)其天線的要求也越來越高，偶極子極天線逐步在調(diào)頻廣播中得到應(yīng)用。偶極子板天線是由反射板和偶極子所組成，偶極子板天線結(jié)構(gòu)比較簡單，且能方便地安裝在鐵塔側(cè)面，同時(shí)通過選擇適當(dāng)?shù)奶炀€振子數(shù)目及改變其饋電方法便可方便地改變發(fā)射天線在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的方向圖，以滿足各種電臺(tái)不同的服務(wù)要求。

目前，我臺(tái)調(diào)頻廣播所使用的是雙偶極板天線。該天線由平行的相距λ/2的兩對(duì)半波偶極子及其反射板組成。半波偶極子的材料為鋁合金管或不銹鋼管，中間有聚四氟已稀絕緣。反射板由鍍鋅鋼管或不銹鋼管焊接而成，以減少天線的風(fēng)荷。由于振子后面的反射板的作用，雙偶極板天線是一種有較強(qiáng)方向性的天線，其半場強(qiáng)角寬度均為90°左右，因而可通過四面組合方式，獲得較好的水平面無方向性的方向圖。當(dāng)然也很容易通過不同面數(shù)的組合得到各種需要的水平面方向圖。

2. 多工饋電系統(tǒng)

為了最經(jīng)濟(jì)的實(shí)施調(diào)頻廣播，就需要根據(jù)各自特點(diǎn)實(shí)施最佳方案，例如采用電視，調(diào)頻共用一付天線;調(diào)頻、中波廣播或者調(diào)頻、電視共塔使用等等，但對(duì)于具有多套節(jié)目調(diào)頻廣播電臺(tái)來說，還是以多部發(fā)射機(jī)共用一付天線，采用多工饋電的方法為好。

2.1 調(diào)頻多工器必須滿足下述三項(xiàng)指標(biāo)：

（1）每部發(fā)射機(jī)與天線之間的插入損耗要小;（2）連接多工器的任意兩發(fā)射機(jī)之間要足夠的隔離度;（3）每個(gè)輸入端要有合適的阻抗匹配，多工器的種類很多，既有雙工器，又有三工、四工、五工器，但雙工器是其基礎(chǔ)，其它多工器都是由此組合而來。

遼寧省廣播電視中心發(fā)射臺(tái)的調(diào)頻廣播中的十套調(diào)頻節(jié)目就是通過多工器播出的，為了獲得較大的功率輸出，分別用了一套四工器，一套六工器。根據(jù)遼寧省廣播電視中心發(fā)射臺(tái)的實(shí)際情況，對(duì)我臺(tái)調(diào)頻廣播十個(gè)頻道，設(shè)計(jì)一套四工器和一套六工器，多工器采用全橋式結(jié)構(gòu)，預(yù)留寬帶口方便以后增加頻道。

多工器單個(gè)橋式單元功率容量設(shè)計(jì)為10KW，開關(guān)板功率容量120KW。六工器連接開關(guān)板然后雙饋輸出到天線，四工器輸出直接連接新天線。

3. 調(diào)頻天線的測(cè)試

3.1 駐波比

調(diào)頻天線工作狀況的好壞主要看調(diào)頻天線駐波比指標(biāo)是否符合要求。測(cè)試調(diào)頻天線駐波比可以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀，也可以使用掃頻儀。下面介紹一下使用掃頻儀來測(cè)試調(diào)頻天線駐波比指標(biāo)的方法。

測(cè)駐波比的連接方法如下圖所示：

測(cè)試方法：先將測(cè)試長電纜終端開路，造成掃頻信號(hào)全反射，調(diào)整Y軸增益使全反射波的峰值置于一定的格數(shù)A;將被測(cè)負(fù)載與測(cè)試長電纜終端相接，根據(jù)掃頻儀上的波形在被測(cè)頻段讀得電壓波動(dòng)的最大峰值B;代入公式：S=（A+B）/（A-B）即可求得駐波比。

3.2 直流電阻

天線系統(tǒng)的直流電阻是了解其接觸狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。在測(cè)量時(shí)，是將低阻計(jì)或雙電橋與內(nèi)外導(dǎo)體相連接，測(cè)得的電阻值是包含天線振子在內(nèi)的環(huán)路電阻值。由內(nèi)導(dǎo)體的熱脹、冷縮而導(dǎo)致電阻值的變化，一般在停機(jī)2小時(shí)后再進(jìn)行測(cè)量。在停機(jī)后，隨著饋管的冷卻，電阻值的變動(dòng)又固定在一定值上，其變動(dòng)幅度越大，越說明饋管質(zhì)量變劣，所以通過一段時(shí)間的測(cè)量，就可以觀察出饋管的情況。

4. 調(diào)頻廣播發(fā)射天線的維護(hù)

天線、功分器、饋線等要使用專用夾具進(jìn)行牢固固定。天線夾具應(yīng)使用雙螺母進(jìn)行緊固，防松防銹。天線振子要與水平面垂直，可以用水平尺進(jìn)行校正。主饋線進(jìn)機(jī)房要外低內(nèi)高，防止雨水倒灌。饋線彎曲時(shí)半徑不能太小。接頭密封按照密封圈、密封膠、密封膠帶、防老化膠帶順序進(jìn)行。防水密封工作必須仔細(xì)，條件允許的情況下可以進(jìn)行充氣保壓。在發(fā)射機(jī)房天線系統(tǒng)主饋電纜輸入端充入30Kpa（千帕）氣壓的干燥空氣或氦氣。24小時(shí)后氣壓下降數(shù)應(yīng)小于5KPa。定期進(jìn)行天饋線系統(tǒng)的檢查。接頭是否發(fā)熱嚴(yán)重、密封是否良好、天饋線捆扎固定是否牢固、各種卡具螺栓是否松動(dòng)等等。使用儀器測(cè)量駐波比。尤其是使用具有故障定位功能的天饋線分析儀。天線、功分器、饋線的外觀檢查，是否有燒毀、斷裂、脫落現(xiàn)象。檢査接插件是否接觸良好，用手拔插應(yīng)有一定力度。駐波比時(shí)大時(shí)小，應(yīng)檢查插件表面有無打火發(fā)黑，檢査天線、功分器、饋線是否進(jìn)水，有無水浸痕跡或有霉斑，拆開后有水要找到進(jìn)水原因，然后要擦干，再用電吹風(fēng)吹干。檢查天線、功分器、饋線是否短路或斷路。如駐波比較大，分饋線的外皮斷路或外皮與內(nèi)芯短路。

要定期檢查直流電阻或絕緣電阻是否符合要求。絕緣電阻不夠時(shí)在小信號(hào)時(shí)正常，大信號(hào)時(shí)不能工作。天饋線系統(tǒng)的直流電阻是檢驗(yàn)系統(tǒng)各連接點(diǎn)接觸良好的指標(biāo)之一。天饋線系統(tǒng)無短路點(diǎn)的情況下，應(yīng)在機(jī)房端測(cè)天線系統(tǒng)絕緣電阻：有短路點(diǎn)時(shí)應(yīng)斷開短路部件后測(cè)量.并應(yīng)分段測(cè)量各部分的絕緣電阻、主饋電纜、功率分配器（在無短路點(diǎn)情況下）、分饋電纜等各分項(xiàng)絕緣電阻值應(yīng)不小于500MΩ，天線單元（在無短路的情況下）絕緣電阻應(yīng)不小于50MΩ，同時(shí)進(jìn)行天饋線系統(tǒng)機(jī)房端（在無短路點(diǎn)的情況下）絕緣電阻的測(cè)量，并記錄其數(shù)值，以作日后維護(hù)參考。