高功率微波發(fā)射技術(shù)在無(wú)線電廣播中的運(yùn)用研究

胡傳敏

(霍邱縣廣播電視臺(tái)，安徽 六安 237400)

0 引言

在時(shí)代的發(fā)展下，電視廣播在人們生活中的普及率得到提升，也對(duì)無(wú)線電設(shè)備發(fā)射技術(shù)提出了更高的要求。在微波發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中決定發(fā)射功率的是微波發(fā)射機(jī)和天饋系統(tǒng)。文章在闡述高功率微波發(fā)射技術(shù)應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣播無(wú)線電發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，就高功率微波發(fā)射技術(shù)在無(wú)線電廣播中的運(yùn)用問(wèn)題進(jìn)行探究[1-2]。

1 高功率微波發(fā)射技術(shù)

1.1 特點(diǎn)

高功率微波發(fā)射技術(shù)的主要特點(diǎn)是微波的平均功率數(shù)值或者峰值比較高。一般情況下，高功率微波的平均功率在千瓦以上或者峰值功率在百千瓦以上。在高功率微波發(fā)展過(guò)程中，微波管是重要技術(shù)形式。高功率微波的微波管來(lái)自20世紀(jì)20年代的磁控管，之后經(jīng)過(guò)發(fā)展，出現(xiàn)速調(diào)管等技術(shù)形式。這些高功率微波管技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了高功率微波的實(shí)際應(yīng)用，高功率微波發(fā)射技術(shù)在很多行業(yè)和領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1.2 能量獲取方式

按照高功率微波技術(shù)的不同，可以將獲得高功率微波傳輸能量的方式劃分為兩種，一種是直接震蕩，另一種是多級(jí)放大。微波振蕩器包含三極管、磁控振蕩器。高功率微波技術(shù)的應(yīng)用目的是借助微波能量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源能量的轉(zhuǎn)換。在使用微波放大器的時(shí)候，需要相關(guān)人員能夠充分考慮技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和場(chǎng)景的影響，如果放大器對(duì)頻率的穩(wěn)定沒(méi)有較高的要求，可以使用直接振蕩器來(lái)產(chǎn)生較高功率的微波[3]。

在當(dāng)前，高功率微波是指峰值功率超過(guò)100 MW，工作頻率在1～300 GHz的無(wú)線電磁波。在新的社會(huì)背景下，為了能夠更好地?cái)U(kuò)展高功率微波的發(fā)展，在這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)始融入高功率電磁波技術(shù)形式。高功率微波發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，主要構(gòu)成軟件包含初級(jí)能源、系統(tǒng)控制配套設(shè)備、定向發(fā)射系統(tǒng)、脈沖功率系統(tǒng)。電源系統(tǒng)對(duì)初級(jí)能源系統(tǒng)的運(yùn)作有著深刻的影響，在具體應(yīng)用的時(shí)候需要給足初級(jí)電源的作業(yè)電量。高功率微波源和一般微波源相比，其電壓在100 kV～1 MV，總體設(shè)置要比一般規(guī)格的微波源高，最高電壓甚至能夠達(dá)到4倍以上。高功率微波是高功率微波技術(shù)中的重要零部件，在系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)候會(huì)配合多個(gè)型號(hào)的振蕩器聯(lián)合使用。高功率微波發(fā)射技術(shù)的定向天線具有短脈沖、功率高的特點(diǎn)，且在具體應(yīng)用的時(shí)候會(huì)對(duì)天線提出較高的要求。

2 廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 智能性

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展支持下，廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)開(kāi)始具備人工智能的特點(diǎn)，在廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)應(yīng)用中對(duì)信息傳遞、信息整理加工的自動(dòng)化提出了更高的要求。智能化技術(shù)的應(yīng)用不僅提升了信息的傳遞、接收速度，而且也能夠降低人們對(duì)人力資源的使用和浪費(fèi)，最終有效節(jié)約廣播電視企業(yè)的建設(shè)成本。

2.2 廣泛性

在廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)的支持下，信息的傳遞范圍將得到擴(kuò)展。在傳統(tǒng)的有線發(fā)射技術(shù)應(yīng)用中，有一些地區(qū)無(wú)法接收到正常的知識(shí)傳播，而在廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)的支持下，信息能夠?qū)崿F(xiàn)在更大的范圍內(nèi)得到傳播[4-5]。

2.3 實(shí)用性

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也對(duì)我國(guó)廣播電視的發(fā)展帶來(lái)了一定的沖擊和挑戰(zhàn)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)廣播電視無(wú)線電發(fā)射產(chǎn)生了深刻的影響，降低了人們對(duì)廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)的使用。新型微波通信技術(shù)在傳輸中，若出現(xiàn)故障，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，防止信息傳輸中出現(xiàn)問(wèn)題，最重要的是在新型微波通信技術(shù)中，可以將信息運(yùn)輸?shù)狡渌麩o(wú)法送達(dá)的區(qū)域，從而調(diào)動(dòng)當(dāng)?shù)氐男畔⒔?jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)我國(guó)廣播電視無(wú)電線發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了深刻的影響。傳統(tǒng)意義上的廣播電視產(chǎn)業(yè)需要借助有線電纜等資源來(lái)傳遞和處理信息，無(wú)形中加大了廣播電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)成本。廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)的發(fā)展降低了廣播電視發(fā)展的經(jīng)濟(jì)成本，也在應(yīng)用的過(guò)程中降低了用戶(hù)的資金消耗，最終不僅促進(jìn)了廣播電視產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且也促進(jìn)了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.5 高效性

無(wú)線技術(shù)的進(jìn)步對(duì)很多企業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，相對(duì)于無(wú)線電磁波來(lái)說(shuō)，廣播電視無(wú)線電發(fā)射技術(shù)會(huì)進(jìn)一步提升信息傳輸速率。與此同時(shí)，借助先進(jìn)的技術(shù)手段還能夠更好地識(shí)別和處理自動(dòng)化數(shù)據(jù)信息，最終能夠提升廣播電視行業(yè)的發(fā)展水平。實(shí)施新型微波通信技術(shù)，可以將兩種不同體系融合在一個(gè)使用平臺(tái)上，讓信息容量增加，不但可以解決成本費(fèi)用問(wèn)題，同時(shí)可以讓使用容量增加，開(kāi)展此項(xiàng)技術(shù)，有效解決通信價(jià)格高的問(wèn)題。

3 高功率微波發(fā)射技術(shù)在無(wú)線電廣播中的運(yùn)用

無(wú)線電廣播通信在運(yùn)作的時(shí)候深受外界環(huán)境變化的影響，在遇到雷電天氣的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)信息傳輸受損和信息真實(shí)性無(wú)法保證的問(wèn)題。在眾多影響因素中，微波發(fā)射機(jī)、天饋線系統(tǒng)是重要的影響因素。在實(shí)際的廣播電視工程中，如果使用天饋線傳遞高功率的微波會(huì)削弱傳輸信號(hào)的強(qiáng)度，使得最終發(fā)射出去的信號(hào)能力和實(shí)際接收的信號(hào)能力出現(xiàn)嚴(yán)重的不符。為了能夠更好地發(fā)揮高功率微波發(fā)射技術(shù)在無(wú)線電廣播中的應(yīng)用作用，需要無(wú)線廣播電視工作人員立足實(shí)際情況，積極思考如何將高功率放大器、輸出功率、新型發(fā)射天線合理應(yīng)用到無(wú)線電廣播中，旨在能夠更好地發(fā)揮出高功率微波發(fā)射技術(shù)在無(wú)線電廣播中的應(yīng)用作用，保證無(wú)線電傳輸信號(hào)的精準(zhǔn)性、安全性、可靠性[6]。

3.1 功率放大組件

功率放大組件在整個(gè)無(wú)線電廣播中發(fā)揮著十分重要的作用，也是高功率微波發(fā)射技術(shù)在無(wú)線電廣播中的一種應(yīng)用體現(xiàn)。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，半導(dǎo)體技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體技術(shù)是坤華家晶體管。和傳統(tǒng)意義上的半導(dǎo)體材料相比，坤華家晶體管材料顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，如坤華家晶體管的工作頻段能夠達(dá)到250 Hz，且產(chǎn)生的噪聲比較小，能夠擊穿電壓。因此，近幾年，坤華家晶體管被人們廣泛應(yīng)用到高功率放大器芯片中，并在很多領(lǐng)域顯示出了重要的作用。將坤華家晶體管應(yīng)用到無(wú)線電廣播中能夠解決無(wú)線電廣播發(fā)射功率、信號(hào)失真的問(wèn)題，且能夠避開(kāi)傳統(tǒng)硅雙極性功率倍增模塊的情況。

3.2 天線

高功率微波發(fā)射技術(shù)在無(wú)線電廣播中的運(yùn)用能夠進(jìn)一步改進(jìn)天線應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義。天線作為高功率微波發(fā)射技術(shù)的重要組成，也是高功率微波發(fā)射的重要組成技術(shù)。在高功率微波發(fā)射的過(guò)程中，如果缺乏了天線的支持，就會(huì)使得技術(shù)的應(yīng)用和無(wú)線電廣播通信的發(fā)展遇到阻礙。

發(fā)射天線在高功率微波發(fā)射中的主要工作原理是根據(jù)功率放大器中的微波信號(hào)將所需要發(fā)射的信號(hào)發(fā)射出去。從實(shí)際操作上來(lái)看，在天線發(fā)射的過(guò)程中還會(huì)遇到能源消耗大的問(wèn)題，在能源浪費(fèi)之后會(huì)降低回波損耗率。不僅如此，在高功率微波發(fā)射技術(shù)天線的支出下，還會(huì)借助降低旁瓣電平的方法將微波能量在適合的頻段聚合起來(lái)，最終不僅能夠提升高功率微波的發(fā)射功率，還能夠減少雜音、雜波的破壞力。在使用天線的時(shí)候可以根據(jù)功率放大器的其他作用將其和其他技術(shù)形式整合在一起，通過(guò)技術(shù)的強(qiáng)化合作會(huì)減少信息傳遞中的損耗。

4 無(wú)線電廣播中高功率微波發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用前景和應(yīng)用優(yōu)化

從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，傳統(tǒng)意義上的模擬信號(hào)傳播方式具有工作效率低下、信息傳輸失真的問(wèn)題，且在信號(hào)傳遞的過(guò)程中還會(huì)消耗比較多的成本，最終會(huì)影響到無(wú)線電廣播的發(fā)展。

在無(wú)線電廣播技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中不僅需要采取措施提升微波發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線的電性能，而且還需要借助數(shù)字調(diào)制解調(diào)信號(hào)來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，降低數(shù)據(jù)信息傳輸失真問(wèn)題的發(fā)生，提高數(shù)據(jù)信息的傳輸效率。同時(shí)，在數(shù)據(jù)信息容量不斷擴(kuò)張的今天，通過(guò)對(duì)中頻數(shù)字化的改造能夠更好地增強(qiáng)發(fā)射的功率，從而使得多站達(dá)到滿(mǎn)意，提高無(wú)線電廣播的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在未來(lái)，為了能夠更好地發(fā)揮出無(wú)線電廣播中高功率微波發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用作用，需要著重做好以下幾個(gè)方面的工作。

4.1 加快打造完善的監(jiān)督管理機(jī)制

為了能夠發(fā)揮線電廣播中高功率微波發(fā)射技術(shù)的作用，需要廣播電視企業(yè)建立健全完善的監(jiān)督管理機(jī)制，在機(jī)制的作用下對(duì)無(wú)線電發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用實(shí)施有效的監(jiān)督管理。當(dāng)前，在社會(huì)的發(fā)展支持下，有很多廣播電視企業(yè)都引進(jìn)了無(wú)線電發(fā)射技術(shù)，但是真正意義上使用這項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)十分少，而出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的原因是企業(yè)內(nèi)部沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的管理監(jiān)督者，由此使得工作人員對(duì)線電廣播中高功率微波發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用缺乏認(rèn)識(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)高功率微波發(fā)射技術(shù)合理利用，最終促進(jìn)我國(guó)廣播事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

4.2 完善光纜建設(shè)工作

無(wú)線電廣播中高功率微波發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用離不開(kāi)光纜的支持，光纜保護(hù)工作也是高功率微波發(fā)射技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵。在實(shí)施光纜管理的時(shí)候要著重做好防雷工作，即在打造光纜的時(shí)候要注重實(shí)施必要的壁壘保護(hù)措施，在壁壘的支持下達(dá)到真正的防雷防水作用。另外，在光纜建設(shè)之后相關(guān)人員還需要按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其實(shí)施必要的考核和檢驗(yàn)，通過(guò)考核檢驗(yàn)來(lái)確保光纜的安全性和高效性，減少光纜設(shè)置對(duì)無(wú)線電廣播的不利影響。

4.3 國(guó)家政策層面強(qiáng)化對(duì)高功率微波技術(shù)應(yīng)用支持

為了能夠更好地發(fā)揮無(wú)線電廣播中高功率微波發(fā)射技術(shù)的作用，需要政府部門(mén)制定出相應(yīng)的政策和規(guī)范，在制度和規(guī)范的支持下來(lái)促進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。

4.4 解決高功率設(shè)計(jì)問(wèn)題

與其他關(guān)鍵的射頻/微波組件和設(shè)備參數(shù)一樣，射頻設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成中的極端功率需要考慮一些重要的注意事項(xiàng)。如果針對(duì)其他性能因素(例如噪聲、線性、相位噪聲或其他信號(hào)質(zhì)量因素)對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化，且信號(hào)功率完全在組件、設(shè)備和互連的功率處理能力之內(nèi)，那么通常很少考慮功率因素。在較高的射頻功率下，表面狀況、粗糙度和保形性比在較低的射頻功率和較低的頻率下對(duì)系統(tǒng)的功率損耗和效率起著更重要的作用。如果損耗足夠大，可能導(dǎo)致組件或設(shè)備的絕緣、介電材料或半導(dǎo)體的發(fā)熱并降額，甚至?xí)?dǎo)致熱失控并損壞系統(tǒng)元件。解決高功率設(shè)計(jì)的其他方法是使用最大可能的互聯(lián)和信號(hào)路徑，以減少由于電阻性損耗引起的損耗和發(fā)熱。在高功率設(shè)計(jì)中，通常使用具有較高電介質(zhì)擊穿和較低電介質(zhì)正切(損耗因數(shù))的電介質(zhì)和絕緣體，從而進(jìn)一步減少電介質(zhì)的發(fā)熱。對(duì)于高功率設(shè)計(jì)，材料的選擇往往局限于具有較好熱膨脹系數(shù)(CTE)匹配的材料，或者互連、組件和設(shè)備的設(shè)計(jì)：在特定條件下，即使加熱引起尺寸變化，元件也能工作。

4.5 線性問(wèn)題的解決

在高功率水平下，諸如諧波和雜散信號(hào)之類(lèi)的非線性可以達(dá)到初級(jí)信號(hào)功率的重要部分。另外，一些無(wú)源非線性變得越來(lái)越普遍，例如無(wú)源互調(diào)失真(PIM)。由于無(wú)源互調(diào)失真(PIM)產(chǎn)生的干擾是原始信號(hào)強(qiáng)度和頻率的產(chǎn)物，因此需要更加仔細(xì)對(duì)高功率系統(tǒng)加以規(guī)劃，避免無(wú)源互調(diào)失真(PIM)對(duì)附近通信系統(tǒng)造成干擾。為了避免高壓駐波，高功率系統(tǒng)通常由非常低的電壓駐波比(VSWR)設(shè)備組裝而成，這些設(shè)備的設(shè)計(jì)具有最小的非線性和無(wú)源互調(diào)失真(PIM)。這些設(shè)備通常是專(zhuān)門(mén)的組件，最近已成為廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)同軸連接器和電纜尺寸。防止過(guò)壓系統(tǒng)造成損壞的其他方法是使用衰減器和限制器，將其調(diào)節(jié)至下游設(shè)備的最大工作功率。此外，對(duì)于極高功率的系統(tǒng)，在信號(hào)鏈中使用波導(dǎo)組件來(lái)代替同軸互連也是很常見(jiàn)的，因?yàn)椴▽?dǎo)往往具有比同軸更高的功率閾值[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從無(wú)線電廣播通信工作發(fā)展實(shí)際情況來(lái)看，傳統(tǒng)模擬信號(hào)的傳輸方式具有失真高、效率低、成本高的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)會(huì)制約無(wú)線電廣播技術(shù)的發(fā)展。無(wú)線電廣播中高功率微波發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)模擬信號(hào)的應(yīng)用局限，在高功率微波發(fā)射技術(shù)的支持下不僅會(huì)提升微波發(fā)射機(jī)和發(fā)射天線的電性能，而且在數(shù)字調(diào)制解調(diào)信號(hào)的支持下還能夠提升數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、安全性，減少信息失真和線路損耗的問(wèn)題，最終提升信號(hào)的發(fā)射功率，滿(mǎn)足多站的發(fā)展需求。