中波饋線系統(tǒng)改造

陳 艷

（廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣東 廣州 510800）

0 概述

在廣播事業(yè)的發(fā)展過程中，隨著技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)射臺(tái)會(huì)逐步對(duì)信號(hào)源、電源以及發(fā)射機(jī)等設(shè)備進(jìn)行更新改造，但是因天饋線系統(tǒng)存在施工困難、工程量大以及無備用系統(tǒng)等因素，通常會(huì)沿用多年，隨著使用時(shí)間的增加，饋線系統(tǒng)逐步陳舊老化，是中波發(fā)射臺(tái)安全播出的薄弱環(huán)節(jié)，亟待進(jìn)行更新改造，以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性，確保安全播出。廣東省五二二臺(tái)饋線系統(tǒng)使用多線式架空饋線，通過水泥饋桿架設(shè)在戶外，已使用六十多年，雖然精心維護(hù)，但是不可避免地存在不同程度的饋線銹蝕、延展下垂、饋桿混凝土剝落以及鋼筋外露等情況，其使用壽命也即將到期。為了保障天饋線系統(tǒng)的安全，五二二臺(tái)對(duì)饋線系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 改造方案

五二二臺(tái)對(duì)饋線系統(tǒng)進(jìn)行改造，根據(jù)廣電總局《安全播出管理規(guī)定》及無線發(fā)射轉(zhuǎn)播臺(tái)實(shí)施細(xì)則，考慮作為安全播出一級(jí)保障的中波發(fā)射臺(tái)，整個(gè)播出系統(tǒng)的信號(hào)源、電源以及發(fā)射機(jī)等均已配有備份保障，為了進(jìn)一步提高整體安全保障能力，此次改造的天饋線系統(tǒng)也配置一主一備的雙饋線和雙調(diào)配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。結(jié)合發(fā)射臺(tái)場(chǎng)地的實(shí)際情況，由于架設(shè)2條傳統(tǒng)架空饋線占地面積大、位置不足且施工麻煩，因此新型空氣絕緣射頻同軸電纜以其優(yōu)良的技術(shù)性能指標(biāo)、占地面積小且施工方便等因素被選用，同時(shí)還要配套建設(shè)發(fā)射機(jī)、饋線以及調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的主備倒換系統(tǒng)。

2 同軸電纜選型

中波發(fā)射機(jī)主要使用國(guó)產(chǎn)的SDY系列的空氣絕緣射頻同軸電纜。當(dāng)選擇射頻同軸電纜及其組件時(shí)，除了考慮頻率范圍、傳輸功率、特性阻抗、駐波比以及插入損耗等主要因素外，還應(yīng)考慮電纜的物理特性、應(yīng)用環(huán)境和使用要求。同時(shí)，電氣性能指標(biāo)要有足夠的冗余度，以保證工作性能的穩(wěn)定性[2]。傳輸功率是射頻同軸電纜非常重要的技術(shù)指標(biāo)。在選擇和確定射頻同軸電纜型號(hào)時(shí)，首先要通過計(jì)算確定所選擇的同軸電纜能滿足發(fā)射機(jī)對(duì)輸出功率的需求，某臺(tái)發(fā)射機(jī)的額定功率是50 kW，當(dāng)調(diào)幅度為100%時(shí)，其峰值功率為200 kW，則所選電纜的峰值功率必須要大于該值并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。其次，?dāng)選擇特性阻抗時(shí)，如果電纜的特性阻抗和系統(tǒng)中其他部件完全匹配，那么傳輸過程只有傳輸損耗，不存在反射損耗。電纜的特性阻抗與其內(nèi)外導(dǎo)體的尺寸之比、填充介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，盡量選擇與發(fā)射機(jī)輸出阻抗相匹配的電纜，某臺(tái)所用中波發(fā)射機(jī)輸出阻抗為50 Ω，因此選擇特性阻抗為50 Ω的同軸電纜。選擇同軸電纜的標(biāo)稱有效工作電壓值要大于傳輸?shù)母哳l電壓值并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，其值主要取決于電纜內(nèi)、外導(dǎo)體之間的絕緣間距，當(dāng)發(fā)射機(jī)在額定載波功率運(yùn)行時(shí)，額定電流為31.6 A，額定電壓為1 581.1 V，100%調(diào)幅時(shí)最大電流為38.9 A，最大電壓為4 471.4 V。同軸電纜在中波頻段的駐波比必須符合要求，駐波比越小，說明電纜的一致性越好。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可靠性等因素，五二二臺(tái)選擇使用國(guó)產(chǎn)的SDY-50-80-3同軸電纜，該型號(hào)電纜峰值功率達(dá)940 kW，最高工作電壓為9.7 kV，內(nèi)導(dǎo)體直徑為34.7 mm，可承受104 A以上的電流，中波頻段電壓駐波比小于1.06，能夠完全滿足50 kW等級(jí)中波發(fā)射機(jī)的技術(shù)需要，并留有較大的余量。其余配套組件根據(jù)電纜尺寸進(jìn)行選擇。

3 同軸電纜施工安裝

同軸電纜的安裝方式有吊裝、纜架安裝、纜溝安裝以及埋地安裝，吊裝可以利用原饋桿或架設(shè)新饋桿，將同軸電纜懸吊在饋桿上，但是吊架之間的電纜會(huì)有一些下垂；纜架安裝可以利用原饋桿或架設(shè)新饋桿，在饋桿之間架設(shè)電纜架，再將同軸電纜鋪設(shè)在電纜架上；纜溝安裝將同軸電纜鋪設(shè)在修筑的電纜溝內(nèi)并固定；埋地安裝則在地面挖1條地溝，放置同軸電纜后用土掩埋。由于原來的饋線饋桿已經(jīng)使用多年，因此不宜再繼續(xù)利用；基于場(chǎng)地原因，架設(shè)新饋桿和電纜架工程量大且施工不便；同時(shí)，考慮某臺(tái)所處位置屬于多雷電地區(qū)，而且饋線較長(zhǎng)，架空安裝易受雷擊破壞，雖然埋地安裝施工簡(jiǎn)單，但是易受破壞，不利于日常維護(hù)和應(yīng)急處理；綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可維護(hù)性等多方面因素，選擇新修建1條電纜溝，采用纜溝安裝的方式來鋪設(shè)安裝同軸電纜。

根據(jù)國(guó)家廣播電視總局發(fā)布的《中、短波廣播天饋線系統(tǒng)安裝工程施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GY/T 5057—2020），從機(jī)房到調(diào)配室之間修建1條長(zhǎng)370 m、寬60 cm且深50 cm的電纜溝，在離溝底高30 cm的位置每間隔1 m放置1根支架，用于架空和固定同軸電纜，電纜溝每隔一段距離預(yù)留1個(gè)排水口，避免雨水積聚在電纜溝內(nèi)導(dǎo)致電纜長(zhǎng)期受浸。在鋪設(shè)同軸電纜的過程中要注意輕拿輕放，避免擠壓、碰撞和損傷外保護(hù)層，入室時(shí)注意電纜的最小彎曲半徑，不允許嚴(yán)重彎曲，如果同軸電纜發(fā)生損傷，破損處就會(huì)有潮濕空氣進(jìn)入，使電纜絕緣度下降，從而造成發(fā)射系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，嚴(yán)重的話會(huì)引起內(nèi)外層之間拉弧短路，造成同軸電纜損壞。在溝內(nèi)平行放置鋪設(shè)一主一備2條同軸電纜，2條電纜不要重疊交叉，入室后對(duì)2條電纜進(jìn)行等長(zhǎng)處理，等長(zhǎng)處理時(shí)注意電纜長(zhǎng)度不能等于波長(zhǎng)或1/4波長(zhǎng)，裁切電纜時(shí)要將電纜盡量放平，注意不讓銅屑等物體掉進(jìn)電纜中，先用絕緣搖表測(cè)量電纜的絕緣度是否正常，確認(rèn)鋪放過程沒有損壞電纜后再制作同軸電纜接頭，將室內(nèi)的電纜固定在機(jī)房和調(diào)配室的支架上。在電纜制作完成后，就可以進(jìn)行電纜性能測(cè)試。為了提高電纜的耐壓值，配置1臺(tái)CQ-05充氣機(jī)給電纜內(nèi)部充入干燥氣體，測(cè)量時(shí)保持內(nèi)部氣壓為25 kPa，用2 500 V絕緣搖表測(cè)量電纜的絕緣度應(yīng)大于500 MΩ，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量電纜的特性阻抗Z0，在調(diào)配室電纜末端接入標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載測(cè)量電壓駐波比，對(duì)照是否符合技術(shù)要求。同時(shí)，注意觀察電纜的氣密性，電纜的充氣下限可設(shè)置為2 kPa~10 kPa，上限設(shè)置為10 kPa~30 kPa，某臺(tái)取高值設(shè)置，其保氣時(shí)間大于24 h/次，證明電纜氣密性良好[3]。

4 調(diào)配網(wǎng)絡(luò)改造

原饋線的特性阻抗是150 Ω，改造后新電纜的特性阻抗為50 Ω，因此必須同步改造調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)調(diào)配室的面積和位置布局，在原來的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)旁邊安裝1套新調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，將新的饋線網(wǎng)絡(luò)調(diào)試好投入試用，原來的饋線和網(wǎng)絡(luò)在試用期間作為應(yīng)急備份；新的饋線和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過一段時(shí)期的運(yùn)行考驗(yàn)后，再拆除原來的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，在原位置安裝1套新的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，完成饋線和網(wǎng)絡(luò)一主一備的改造。新調(diào)配網(wǎng)絡(luò)原理如圖1所示，由Γ型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和同臺(tái)3個(gè)鄰頻吸收網(wǎng)絡(luò)組成[4]，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得天線的特性阻抗Za為157-j189，須變換為50±j0的電纜特性阻抗接入同軸同纜。由于發(fā)射臺(tái)地處南方多雷電地區(qū)，因此設(shè)計(jì)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)時(shí)要充分做好防雷保護(hù)措施。除了在天線塔基底部有1對(duì)銅放電球外，在調(diào)配室天線輸入端也安裝1對(duì)石墨放電裝置，一個(gè)石墨球接天線，另一個(gè)石墨球用?10銅螺桿接地，螺桿套上30~40個(gè)磁環(huán)，如果石墨放電球拉弧放電，石墨和磁環(huán)都有一定的阻尼放電作用，就可以使發(fā)射機(jī)的高頻能量不會(huì)直接對(duì)地短路[5]，能夠避免過大的沖擊損害發(fā)射機(jī)。另外，Γ型網(wǎng)絡(luò)采用在天線輸入端并接15 μH電感下地形式，用于泄放感應(yīng)靜電和雷電直流低頻成分；調(diào)配網(wǎng)絡(luò)在天線與同軸電纜之間串接1只容量為1 160 pF的高壓電容器，它對(duì)雷電直流可起到良好的隔離作用。通過以上的多重措施能夠有效地保護(hù)設(shè)備免受雷電干擾破壞。在低阻抗的饋線側(cè)并入3個(gè)鄰頻吸收網(wǎng)絡(luò)，使發(fā)射機(jī)不會(huì)受到同臺(tái)其他頻率的干擾，能夠穩(wěn)定地工作。吸收網(wǎng)絡(luò)通常有2個(gè)形式：1） 先串聯(lián)諧振吸收干擾頻率再并聯(lián)諧振阻塞工作頻率。2） 先并聯(lián)諧振阻塞工作頻率再串聯(lián)諧振吸收干擾頻率。可以根據(jù)實(shí)際情況靈活選用任意一種形式，某臺(tái)選擇了第二種形式，如圖1所示。

圖1 調(diào)配網(wǎng)絡(luò)原理圖

5 新舊饋線系統(tǒng)切換

由于要在不影響正常播出的前提下改造饋線系統(tǒng)，因此只能利用晚上關(guān)機(jī)的時(shí)間進(jìn)行改造切換，五二二臺(tái)制定了完善的改造切換方案（圖2），分步進(jìn)行改造。

圖2 系統(tǒng)切換示意圖

第一步：同軸電纜的安裝連接。先將鋪設(shè)好2條同軸電纜兩端制作電纜頭后固定安裝在調(diào)配室和機(jī)房的支架上，機(jī)房側(cè)垂直安裝2個(gè)同軸開關(guān)，同軸開關(guān)2用于主備饋線的倒換，將同軸電纜頭通過法蘭、彎頭等連接組件接入同軸開關(guān)2左右兩側(cè)的接口，上方接口用?80硬饋連接同軸開關(guān)1下方的接口。

第二步：同軸開關(guān)1用于主備發(fā)射機(jī)的倒換，由于五二二臺(tái)原使用2臺(tái)電機(jī)作為主備機(jī)的倒換裝置，通過2臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)觸頭來決定主備機(jī)接入天饋線或假負(fù)載位置，其與50 Ω/150 Ω阻抗變換網(wǎng)絡(luò)及鄰頻吸收網(wǎng)絡(luò)一同安裝在機(jī)房饋線入口端的網(wǎng)絡(luò)箱內(nèi)，先將備份發(fā)射機(jī)至網(wǎng)絡(luò)箱的硬饋連接斷開，將發(fā)射機(jī)端的硬饋輸出連接至同軸開關(guān)1左側(cè)接口，再將同軸開關(guān)1上方接口用硬饋連接回網(wǎng)絡(luò)箱輸入端，使發(fā)射機(jī)可通過同軸開關(guān)1選擇使用新饋線網(wǎng)絡(luò)或舊饋線網(wǎng)絡(luò)，將備用發(fā)射機(jī)接入新的饋線網(wǎng)絡(luò)使用，而主用發(fā)射機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)箱使用舊饋線網(wǎng)絡(luò)作備用，使用新饋線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試運(yùn)行考驗(yàn)。

第三步：將主用發(fā)射機(jī)輸出饋管切割接入同軸開關(guān)1右側(cè)接口，2臺(tái)發(fā)射機(jī)均可正常使用新饋線網(wǎng)絡(luò)，然后拆除調(diào)配室原網(wǎng)絡(luò)，再安裝1套新網(wǎng)絡(luò)，連接主饋線和場(chǎng)地開關(guān)，完成饋線和網(wǎng)絡(luò)的全部改造工作。

6 系統(tǒng)調(diào)試

第一步：調(diào)試調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)配網(wǎng)絡(luò)采用分段調(diào)整的方法，先調(diào)整3個(gè)鄰頻吸收網(wǎng)絡(luò)，斷開并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)與其他元件的連接，將LC并聯(lián)回路一個(gè)接點(diǎn)斷開，在接點(diǎn)兩端形成LC串聯(lián)電路，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試線夾子接于兩端，移動(dòng)諧振網(wǎng)絡(luò)的電感抽頭調(diào)整電感數(shù)值，使其在本頻諧振，當(dāng)其阻抗接近為0 Ω時(shí)，將接點(diǎn)接回，再連接吸收網(wǎng)絡(luò)其他元件，調(diào)整電路元件值，使整個(gè)吸收網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)諧振于吸收頻率；當(dāng)3個(gè)鄰頻吸收網(wǎng)絡(luò)都調(diào)整好后，接入整體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，用網(wǎng)絡(luò)分析儀在饋線網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)處往天線方向用工作頻率測(cè)量此時(shí)網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗，由于設(shè)計(jì)電路時(shí)沒有考慮一些引線電感及分布電容等因素，因此此時(shí)的匹配網(wǎng)絡(luò)并不能使天線與饋線的特性阻抗完全匹配，還須適當(dāng)微調(diào)電容C1、電感L1的值，使測(cè)量點(diǎn)處的阻抗值接近50 Ω，駐波比達(dá)到最小值。調(diào)整時(shí)先調(diào)整L1的電感值，使阻抗的實(shí)部接近50 Ω，再調(diào)整C1的值，使阻抗的虛部也接近0 Ω。在實(shí)際調(diào)整過程中，當(dāng)調(diào)整C1的值時(shí)，阻抗虛部變化的同時(shí)，阻抗實(shí)部也會(huì)有些變化，此時(shí)又要重新調(diào)整L1和C1，經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)整，使接入點(diǎn)的阻抗值盡量接近電纜特性阻抗50 Ω。

第二步：在機(jī)房斷開發(fā)射機(jī)與饋管的連接點(diǎn)，在接點(diǎn)處用網(wǎng)絡(luò)分析儀往天線方向測(cè)量，再次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)微調(diào)，使電壓駐波比的數(shù)值最小。

第三步：進(jìn)行熱調(diào)。由于饋線網(wǎng)絡(luò)在加電工作時(shí)受電磁干擾、元件溫升等影響，因此其參數(shù)跟儀器測(cè)量時(shí)會(huì)有一些變化，需要進(jìn)行熱調(diào)，將發(fā)射機(jī)滿功率、滿調(diào)幅度開機(jī)，對(duì)發(fā)射機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)，使發(fā)射機(jī)與饋線系統(tǒng)達(dá)到最佳的匹配狀態(tài)，工作狀態(tài)符合要求。

第四步：調(diào)試完成后，開發(fā)射機(jī)滿功率、滿調(diào)幅運(yùn)行，同臺(tái)3個(gè)鄰頻的發(fā)射機(jī)也滿功率、滿調(diào)幅運(yùn)行，觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常，正常運(yùn)行一段時(shí)間后，關(guān)機(jī)檢查電纜、電纜連接點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)元件和接點(diǎn)的溫升情況，確保整個(gè)系統(tǒng)無異常溫升，能夠穩(wěn)定地長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

7 結(jié)語

某臺(tái)對(duì)饋線系統(tǒng)及調(diào)配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)改造，應(yīng)用新型空氣絕緣射頻同軸電纜取代傳統(tǒng)饋線作為傳輸載體，提高了整個(gè)饋線系統(tǒng)的性能指標(biāo)和傳輸效率；同時(shí)，優(yōu)化了系統(tǒng)配置，實(shí)現(xiàn)了饋線及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一主一備配置，補(bǔ)齊了天饋線系統(tǒng)的短板，大大提高了天饋線系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，工作性能穩(wěn)定，為保障安全播出發(fā)揮了積極作用，達(dá)到了預(yù)期的效果。