中波發(fā)射臺(tái)天饋線(xiàn)系統(tǒng)的分析

高東升

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心610臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010080

概 述

中波廣播的頻率范圍為526.5～1606.5kHz，頻 率 間 隔 為9kHz。從標(biāo)稱(chēng)載頻531kHz到1602kHz之間共有120個(gè)頻道，是以地面波繞射傳輸為主，以電離層反射傳輸為輔的傳播方式，覆蓋距離與周?chē)h(huán)境、發(fā)射機(jī)功率、發(fā)射頻率、天線(xiàn)結(jié)構(gòu)、地網(wǎng)鋪設(shè)、網(wǎng)絡(luò)匹配、地導(dǎo)系數(shù)和傳播路徑等因素有關(guān)。天饋線(xiàn)系統(tǒng)包括饋線(xiàn)、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)、地網(wǎng)和天線(xiàn)，每部分都直接影響著信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，共同決定了天線(xiàn)的輻射效率以及可用最低場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋距離。

1 天饋線(xiàn)系統(tǒng)

1.1 饋線(xiàn)

饋線(xiàn)最重要的參數(shù)是特性阻抗，在允許的頻率范圍內(nèi)，饋線(xiàn)上任何一點(diǎn)的阻抗都是一常數(shù)。按饋線(xiàn)阻抗來(lái)分，常見(jiàn)的有150Ω、75Ω、50Ω三種，根據(jù)發(fā)射機(jī)輸出功率以及天線(xiàn)阻抗來(lái)選擇不同特性阻抗的饋線(xiàn)。

饋線(xiàn)應(yīng)根據(jù)發(fā)射機(jī)的功率選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)格型號(hào)，根據(jù)發(fā)射機(jī)的頻率以及與天線(xiàn)的距離選用適合的長(zhǎng)度，配套使用相一致的電纜頭、底座。饋線(xiàn)一般由內(nèi)外2層波紋銅管和最外層的絕緣橡膠組成，內(nèi)層導(dǎo)線(xiàn)用于射頻傳輸，外層導(dǎo)線(xiàn)接地，起屏蔽作用，以減少沿內(nèi)層導(dǎo)線(xiàn)傳輸?shù)母哳l能量以輻射的形式外泄，內(nèi)、外層導(dǎo)線(xiàn)之間為絕緣氣體。中波饋線(xiàn)是以地電流形成回路，為減少損耗，沿架空饋線(xiàn)的地面下埋設(shè)地線(xiàn)，地線(xiàn)沿每根饋線(xiàn)桿與饋線(xiàn)的外層導(dǎo)線(xiàn)焊接。

1.2 天線(xiàn)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)

天線(xiàn)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和維護(hù)與傳統(tǒng)的電子管發(fā)射機(jī)相比，要求更高、更細(xì)致。不僅要考慮載波頻率的阻抗匹配，更要考慮通帶內(nèi)的幅頻特性，既要讓通頻帶內(nèi)的廣播信號(hào)（有用信號(hào)）低耗的順利通過(guò)，又要阻止無(wú)用的干擾信號(hào)通過(guò)，特別是臺(tái)內(nèi)其它頻率的廣播信號(hào)通過(guò)天線(xiàn)倒送。

通常情況下，一個(gè)發(fā)射臺(tái)內(nèi)的廣播頻率間隔不宜小于100kHz；雙頻共塔的兩個(gè)發(fā)射頻率之比不應(yīng)小于1.25。否則，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的難度大大增加，天饋線(xiàn)系統(tǒng)的效率降低，匹配后的阻抗易受外界溫度影響，維護(hù)難度增加。天線(xiàn)及調(diào)配網(wǎng)絡(luò)被雷擊后，可能引起發(fā)射機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管損壞，因而網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置了90°相移網(wǎng)絡(luò)、石墨放電球、隔直電容、微亨級(jí)電感用于防雷。

1.3 地網(wǎng)

為了減少地電流引起的損失，一般是在地面以下采用向外霜射線(xiàn)構(gòu)成的地網(wǎng)，地網(wǎng)必須與塔底的地井良好地連接，接地電阻通常要求小于2Ω。干旱地區(qū)的地井應(yīng)預(yù)留注水管，在旱季可灌注粗鹽和水，保持地網(wǎng)的穩(wěn)定性。否則，將影響發(fā)射機(jī)的正常穩(wěn)定地工作，同時(shí)將直接影響發(fā)射效果。

地網(wǎng)鋪設(shè)的深度一般在0.2～0.5米，在耕地可埋設(shè)0.7米深。導(dǎo)線(xiàn)的根數(shù)約為120根，導(dǎo)線(xiàn)為直徑3毫米的銅包鋼，長(zhǎng)度必須大于天線(xiàn)的高度，普遍為120米。對(duì)于年久失修的地網(wǎng)線(xiàn)，應(yīng)經(jīng)常維護(hù)和必要的修復(fù)。利用原有天饋線(xiàn)系統(tǒng)投入使用的新發(fā)射機(jī)，應(yīng)先完成天線(xiàn)地網(wǎng)維護(hù)和修復(fù)工作，然后進(jìn)行天線(xiàn)阻抗測(cè)試。這樣才能保證測(cè)量和調(diào)試的可靠性，才能保證發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定和安全。

1.4 天線(xiàn)

天線(xiàn)可以將傳輸線(xiàn)送來(lái)的射頻已調(diào)波電能轉(zhuǎn)換成向空間傳播的電磁波能量，只有當(dāng)天線(xiàn)的有效高度與工作波長(zhǎng)相比擬時(shí)，才能有效地輻射電磁波。對(duì)于直立式中波天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，地波最強(qiáng)的高度是0.64λ（λ為發(fā)射頻率的波長(zhǎng)），但對(duì)推遠(yuǎn)衰落區(qū)最有利的高度是0.53λ，此時(shí)輻射效率最高，即使不鋪設(shè)地網(wǎng)，也有較高的效率，因而將有效高度H=0.53λ稱(chēng)為天線(xiàn)工作的最佳高度，又稱(chēng)為反衰落高度，理論上最低高度應(yīng)大于0.25λ才能有效地輻射電磁波。實(shí)際應(yīng)用中，中波天線(xiàn)的高度一般在工作頻率的0.2～0.53λ范圍內(nèi)。

中波天線(xiàn)與地面相當(dāng)于電容的兩極，地面也是整個(gè)回路的一部分。當(dāng)電流通過(guò)地表時(shí)就會(huì)產(chǎn)生損失，且天線(xiàn)底附近的損失最大，離天線(xiàn)底端的距離越遠(yuǎn)損失越小。為了盡量減小這部分損失，可以在地面下鋪設(shè)地網(wǎng)，因此地網(wǎng)一般長(zhǎng)度約為工作頻率的半個(gè)波長(zhǎng)。大于半波長(zhǎng)以外的損失，屬于電波傳播的損失，不屬于感應(yīng)場(chǎng)范圍，即與天線(xiàn)的效率無(wú)關(guān)。

2 故障處理

2.1 天線(xiàn)的有效高度不夠，發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)

中波發(fā)射臺(tái)多采用高度為76米的拉線(xiàn)塔，按照理論計(jì)算：天線(xiàn)最低高度H=0.2λ，ν=f*λ（ν為光速），可以得出波長(zhǎng)λ為380米，頻率f=789kHz，即76米的中波天線(xiàn)適合發(fā)射頻率高于789kHz的節(jié)目。對(duì)于比789kHz低的頻率來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)實(shí)部電阻R比較小，天線(xiàn)的輻射效率也因?qū)嵅侩娮枳冃《档汀Ｒ驗(yàn)樘炀€(xiàn)在實(shí)際工作中需要天線(xiàn)底部輸入阻抗，而不是輻射阻抗。若輸入實(shí)部電阻太低，發(fā)射機(jī)效率不高，而且虛部阻抗大，即天線(xiàn)的品質(zhì)因數(shù)Q值會(huì)很高（Q值為虛部與實(shí)部比值的絕對(duì)值），造成天線(xiàn)工作時(shí)邊帶頻率的阻抗與載頻的阻抗相差較大，使發(fā)射機(jī)在載波工作（不接音頻）時(shí)正常，調(diào)幅工作（接入音頻）時(shí)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，指標(biāo)有時(shí)好有時(shí)差，節(jié)目信號(hào)出現(xiàn)高音頻，會(huì)出現(xiàn)發(fā)射機(jī)調(diào)制時(shí)駐波比增大導(dǎo)致降功率，甚至是關(guān)功放的現(xiàn)象。對(duì)此比較有效的解決措施包括：給天線(xiàn)加頂、將低頻節(jié)目遷移至較高天線(xiàn)、加高天線(xiàn)、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為Q值的π網(wǎng)絡(luò)。

2.2 地網(wǎng)使用年限過(guò)久

中波發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)，時(shí)常出現(xiàn)天線(xiàn)零位值變大，比如，當(dāng)天通過(guò)調(diào)整發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)的調(diào)載和調(diào)諧旋鈕，可以將天線(xiàn)零位值降下來(lái)，次日天線(xiàn)零位值又變大，而且這種現(xiàn)象多發(fā)生在夜間和早上?？紤]到天線(xiàn)電壓駐波比會(huì)受到天氣溫度、刮風(fēng)下雨等因素的影響，但引起的變化比較小。待發(fā)射機(jī)停機(jī)后，對(duì)天線(xiàn)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)檢查和指標(biāo)測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)任何異常，用地阻儀測(cè)試地阻，比以前記錄的值略大。按照經(jīng)驗(yàn)，在地網(wǎng)區(qū)域拋灑降阻劑并灌水，發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行了兩個(gè)月，又出現(xiàn)類(lèi)似癥狀，決定更換地網(wǎng)。在鋪設(shè)新地網(wǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，舊地網(wǎng)很多導(dǎo)線(xiàn)損壞、斷裂，尤其是從地井接到調(diào)配室的扁銅皮，地埋的部分銅皮被銹蝕到薄如蟬翼、有的已經(jīng)斷開(kāi)，更換為新地網(wǎng)后，再未出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似駐波比的故障。地網(wǎng)引起的故障很難快速恢復(fù)，因而要重視日常的檢修維護(hù)，做好地網(wǎng)的地阻測(cè)試及記錄工作。根據(jù)地質(zhì)情況，定期更換地網(wǎng)，確保廣播電視節(jié)目安全播出。

3 總 結(jié)

天饋線(xiàn)系統(tǒng)是中波發(fā)射臺(tái)節(jié)目播出的最后一環(huán)，從業(yè)人員一定要熟悉天饋線(xiàn)系統(tǒng)每部分的內(nèi)在聯(lián)系，包括天線(xiàn)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)和射頻電纜的阻抗必須嚴(yán)格匹配，并具有良好的通帶特性，發(fā)射臺(tái)的各發(fā)射頻率互為干擾頻率，天線(xiàn)底座以及調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的放電球間隙要調(diào)整恰當(dāng)。日常要做好饋線(xiàn)的絕緣度測(cè)試和定期充氣、天線(xiàn)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試與調(diào)整、地網(wǎng)阻抗測(cè)試等維護(hù)工作。