發(fā)射機天饋系統(tǒng)網絡故障分析與維護

張鳳海

（甘肅省廣播電視局會寧廣播轉播臺，甘肅白銀 730700）

1 系統(tǒng)概況

甘肅省廣播電視局會寧廣播轉播臺（下文簡稱“轉播臺”）有2 個頻率，分別為1305 kHz 和1008 kHz，2 個頻率為雙頻同塔網絡。由于多方面原因的限制，在全國大范圍內普遍使用50 Ω特性阻抗的背景下，會寧廣播轉播臺機器輸出特性阻抗為75 Ω。天線是廣播轉播臺發(fā)射天饋系統(tǒng)的核心，通過天線變動功能實現(xiàn)電磁波輻射和信號接收，廣播轉播臺發(fā)射天饋系統(tǒng)終端設備性能的好壞直接決定著轉播臺播出信號的質量。電子設備安裝天線后才具備產生電磁波的能力，天線系統(tǒng)和饋線系統(tǒng)共同構成天線部件。會寧廣播轉播臺調頻方式中使用的天線為一類播出設備，處于回路狀態(tài)的負載主要通過發(fā)射機末級槽路輸出[1]。天饋系統(tǒng)和發(fā)射機聯(lián)合運行并處理高頻電流與電磁波的轉換，使有效空間內產生高質量信號，確保播出及視聽質量。

2 系統(tǒng)網絡故障的主要表現(xiàn)

轉播臺使用的發(fā)射機設備機器輸出阻抗為75 Ω，機器安裝調試后運行的過程中一直存在功放盒發(fā)熱、防雷效果差、機器不穩(wěn)定等問題。經過反復修理和調試，各項指標雖然均能達到甲級水平，但性能仍不夠完美。會寧廣播轉播臺所在地區(qū)為黃土高原，地下水位較低，水深土厚，接地電阻剛剛達標，在夏季多雷雨的運行環(huán)境下，功放盒遭雷擊損壞的情況頻發(fā)。此外，發(fā)射機天饋系統(tǒng)各發(fā)射頻率之間存在互相干擾的問題，信號稍大的情況下，發(fā)射機表頭便會隨信號幅度變化同步擺動，超限、過負荷報警及掉高壓的可能性較大，如遇天氣變化，還存在較大的掉功率、功放模塊燒毀等可能。

3 故障維護思路

3.1 發(fā)射機槽路改造

為了解決功放發(fā)熱、易損壞等問題，我臺對槽路T 網絡進行了測量。發(fā)現(xiàn)斷開A 點測量，帶上天線測量，數據為50+j0。測量L4、L5 的電感量，發(fā)現(xiàn)L4 不等于L5 但C7=C8。根據理論值，75 Ω 特性輸出阻抗T 網絡移相及防雷原理，對發(fā)射機槽路進行改造計算如下：L6 與C3 諧振于三次諧波，濾除三次上的電壓成分，根據傅立葉分解公式，三次諧波振幅最大，隨著諧波次數的增高而振幅減小[2]。為便于計算，把圖1 等效為圖2，把L6 串C9 等效成C′。圖2 為一個T 形匹配網絡Q=XL/R=tgB，B 為半邊電路的相移角，整個網絡的相移角為2B。當R 短路時，XL 直接與2 個XC 并聯(lián)等效為電抗，這個等效電抗再與左側的電感串聯(lián)。整個網絡的相移角為－45°，則X=其特性阻抗傳統(tǒng)為50 Ω，轉播臺特殊為75 Ω。當輸出短路時，網絡的等效阻抗由純阻75 Ω 轉為感抗75 Ω（j75 Ω）。

圖1 T 形匹配網絡

圖2 諧波次數增高的T 形匹配網絡

在新機器來時，機器不穩(wěn)定，調機出廠時雖然假負載為75 Ω。但是廠家出廠時把A點阻抗（T 網絡）調成50 Ω，不能正確匹配。機器到達電臺后，也能正常播出，但功放盒發(fā)熱。經仔細分析，50 Ω通過T 網絡后轉為75 Ω，相移角發(fā)生變化。人為短路負載75 Ω，使輸出為0 Ω，此時測量A 點阻抗，既不是＋j50 Ω也不是＋j75 Ω，假如發(fā)生雷擊，機器功放輸出阻抗不能與天饋匹配，容易造成燒功放盒。機器功放發(fā)熱，熱穩(wěn)定性變差，指標也不好。在A 點為50 Ω 時，指標見表1。

表1 頻率1305 kHz 指標

通過對槽路的重新改造，將A 點改為75 Ω（圖3），機器三大指標均得到顯著改善，結果見表2、表3。按照這一思路改造后，功放盒在運行過程中溫度明顯變低，用手觸摸功放盒感覺不到發(fā)熱，熱穩(wěn)定性改善，機器運行的穩(wěn)定性及安全性也顯著提升。

表2 頻率1305 kHz 改造后指標

表3 頻率1008 kHz 改造后指標

圖3 實際電路

3.2 天調網絡改造

轉播臺天調網絡改造前電路如圖4 所示。

思路1：總結長期經驗教訓，真空可調電容，雖然能夠在一定范圍內可以調節(jié)，但是隨著環(huán)境溫度的變化，電容容值也會發(fā)生變化，溫度漂移大。首先針對圖4中的C1 進行改造，把可調電容更換為瓷餅電容（陶瓷電容），陶瓷電容具有耐壓高功率容量大，溫飄系數小等優(yōu)點。將C1 改為500 pF/25 kV/25 kV·A定值瓷餅電容，把原來的電容調節(jié)改為用電感進行調節(jié)，電感線圈用紫銅制造，電感量受溫度影響小。

圖4 天調網絡改造前電路

思路2：對L1 與L4 線圈加粗。會寧縣地處溫帶，冬季寒冷，極端最低溫度可達-20 ℃；夏季炎熱，極端最高溫度可達35 ℃。此外，會寧臺發(fā)射機天調室處于密閉空間，天調網絡散熱系統(tǒng)位于室內，在夏季炎熱環(huán)境情況下會使環(huán)境溫度進一步升高，超過50 ℃。為加速散熱，應將阻塞線圈加粗處理，即將L1 與L4 線圈加粗。L1 與L4 線圈原規(guī)格為Ф10 mm，改造后規(guī)格為Ф30 mm，改造后阻塞線圈運行過程中基本不發(fā)熱，L1 與L4 電感的Ф值均降低，整個天調網絡運行更加穩(wěn)定安全。根據推算，應使用大于18.4 mm 的紫銅管。原先用規(guī)格Ф10.0 mm 的管子設計過于保守，選用規(guī)格Ф30 mm 管子，冗余量大，阻塞網絡運行平穩(wěn)，在夏季天調室成覺不到熱達到了運行平穩(wěn)、安全播出的要求。

思路3：在1008 網絡中增加接地電感L8。原網絡雖然滿足阻抗匹配的技術要求，但未考慮到氣候變化對鐵塔阻抗的影響，尤其在會寧地區(qū)冬季氣溫較低，低溫環(huán)境會對天線阻抗產生不利影響。廠家在設計時，只能調節(jié)L2/L3 公共端之預調網絡，并且L2/L3 預調網絡的調整必然造成1305 網絡阻抗的變化。調試過程中1008 網絡調整后，1305 網絡必然隨之發(fā)生變動，給調試造成巨大困難，甚至調試失敗，浪費時間精力。為此，可以考慮在1008 網絡中增加一對地可調電感L8，并使L2/L3 公共端之預調網絡固定不動。兩套網絡互相獨立，互不影響，大大簡化了調試過程（圖5）。

圖5 1008 網絡增設對地可調電感L8 示意

對于中波發(fā)射系統(tǒng)而言，天調網絡的性能十分關鍵，其與發(fā)射效果和發(fā)射頻率均存在直接關聯(lián)，通過以上改造措施的實施及對天饋匹配網絡和發(fā)射機輸出網絡的調配后，發(fā)射環(huán)境明顯改善，調配網絡的穩(wěn)定性顯著提升。

4 結論

采用以上方法對槽路網絡及天調網絡進行改造后，系統(tǒng)運行過程更加平穩(wěn)、安全，即使在冬季氣溫較低和夏季炎熱的環(huán)境下，機器仍安全播出，且機器6 層防雷效果十分明顯，雷擊隱患徹底解除，能夠保證機器穩(wěn)定運行。特別是T 網絡改造后所增設的最后一級防雷效果，更為發(fā)射機天饋系統(tǒng)增加了一層防雷保護。系統(tǒng)改造后轉播臺可實現(xiàn)全天候高質量播出，停播率為0。