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調(diào)頻廣播的天饋線
調(diào)頻廣播的天饋線
摘 要：天饋線是調(diào)頻廣播系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能直接決定了調(diào)頻發(fā)射機(jī)的播出質(zhì)量和覆蓋范圍。
本文介紹了調(diào)頻廣播的輻射特點(diǎn)，分析了常見(jiàn)調(diào)頻天線、功分器和主饋線的工作原理，并對(duì)天饋線系統(tǒng)的維護(hù)提出了建議。
關(guān)鍵詞：輻射特點(diǎn);主饋線;功率分配器
一、輻射特點(diǎn)
調(diào)頻廣播的頻段屬于甚高頻，頻率范圍是87MHz～108MHz。
頻率相對(duì)較高導(dǎo)致其向天空輻射時(shí)容易穿透電離層，沒(méi)有反射回地面，形不成天波。
同時(shí)沿地面?zhèn)鞑r(shí)衰減快，也構(gòu)不成服務(wù)。
因此調(diào)頻廣播依靠空間波輻射，輻射范圍在天線的視距內(nèi)，接收?qǐng)鰪?qiáng)為地面反射波和天線直射波的合成。
為了提高調(diào)頻廣播的輻射范圍，提高有效地的覆蓋功率，通常把天線安裝在距離地面很高的建筑物上。
調(diào)頻廣播可以選擇垂直極化波、水平極化波或圓極化波。
由于調(diào)頻廣播每套節(jié)目占用帶寬較窄，因此調(diào)頻天線的頻帶相對(duì)很寬。
在天饋線系統(tǒng)滿足一定帶寬和功率容量的要求下可以使用一部天線，通過(guò)多工器實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的多套節(jié)目同時(shí)播出。
二、調(diào)頻天線
根據(jù)調(diào)頻廣播電臺(tái)的發(fā)射機(jī)功率，節(jié)目套數(shù)占據(jù)的帶寬，架設(shè)天線高度、天線極化方式及輻射范圍要求來(lái)選擇調(diào)頻天線的類型，常見(jiàn)適合中小功率電臺(tái)的調(diào)頻天線有單偶極子天線、雙偶極子天線和蝙蝠翼天線。
1 單偶極子天線
單偶極子天線的極化方式為垂直極化，輻射垂直極化波，適用于整個(gè)調(diào)頻頻段范圍。
通常單偶極子天線由鋁合金管制成的帶平衡轉(zhuǎn)換器的饋電系統(tǒng)和一對(duì)半振子制成，一般在振子軸線方向安裝2或4個(gè)單偶極子天線單元和支撐鋼管共同組成調(diào)頻天線，每層天線單元之間的距離一般為0.7～0.8λ，因此天線具有很高的增益水平，在垂直面內(nèi)具有很強(qiáng)的方向性，水平范圍內(nèi)無(wú)方向散射。
受支撐鋼管和天線所在建筑物影響其水平方向圖可能不是理想的圓。
單偶極子天線的輸入阻抗為50Ω，因此為天線單元饋電的功分器和分支電纜也是50Ω，天線在整個(gè)頻段內(nèi)的駐波比小于1.25。
單偶極子天線的成本低廉，容易安裝，適用于節(jié)目套數(shù)少的中小功率電臺(tái)。
2 雙偶極板天線
雙偶極板天線由不銹鋼管或鋁合金制成，由兩對(duì)平行的半波偶極子及反射板構(gòu)成，兩對(duì)半波偶極子的距離為λ/2，中間是帶有玻璃鋼保護(hù)的聚四氟乙烯絕緣材料，反射板由不銹鋼材料制成提高了抗風(fēng)能力。
反射板使雙偶極子天線的方向性增強(qiáng)，它的半場(chǎng)強(qiáng)角寬度可達(dá)90°，因此雙偶極板天線單元可以組合安裝在鐵塔的四面，采用90°相差及偏置方式饋電，阻抗匹配容易實(shí)現(xiàn)，在水平面可獲得很好的方向圖。
雙偶極板天線單元也可以采用不同的面數(shù)在不同方向的方式組合安裝來(lái)實(shí)現(xiàn)想要獲得的水平方向圖，選擇合理的覆蓋范圍。
視天線安裝方式，可以做垂直極化天線使用也可以按水平極化天線使用。
雙偶極板天線的輸入阻抗50Ω，整個(gè)頻帶內(nèi)的駐波比低于1.15，增益達(dá)7.5dB。
3 蝙蝠翼天線
蝙蝠翼天線采用水平極化方式，頻帶相對(duì)較寬，風(fēng)荷載小，是調(diào)頻電臺(tái)廣泛使用的天線。
天線的每層有4個(gè)振子翼互相垂直安裝在桅桿周圍，成兩對(duì)正交對(duì)稱振子，因此蝙蝠翼天線的輻射在水平面內(nèi)無(wú)方向。
蝙蝠翼天線的水平面方向圖圓度較好，使用多層蝙蝠翼天線可以增強(qiáng)垂直面內(nèi)的方向性，因此可根據(jù)增益需要和支撐桅桿的強(qiáng)度來(lái)確定安裝層數(shù)，一般中小功率電臺(tái)選2～4層。
蝙蝠翼天線振子通過(guò)75Ω分支電纜饋電，電纜芯和振子翼中心饋電點(diǎn)依靠T型跳接銅片相連。
電纜外導(dǎo)體與桅桿相連。
全部分支電纜的另一端接功分變阻器，功分器的輸出端口與主饋線連接。
每層的4個(gè)振子翼的饋電電流幅度相等，相位相差90°，4根分支電纜長(zhǎng)度相差λ/4。
利用這種饋電方式改善了蝙蝠翼天線同層并聯(lián)電纜的阻抗匹配，提高了天線的帶寬。
蝙蝠翼天線的缺點(diǎn)是必須安裝在大型桅桿上(鐵塔頂部)，安裝調(diào)試和維護(hù)困難。
三、功率分配器
功率分配器把輸入端的射頻功率平均分配至各輸出支路端口，同時(shí)將輸出端口與相連的饋線分支電纜的特性阻抗進(jìn)行匹配。
功率分配器的結(jié)構(gòu)包括輸入輸出接口和一組同軸的阻抗變換器，功率分配器的輸入端阻抗為50Ω，并聯(lián)輸出端的阻抗與端口數(shù)量和所接饋線分支電纜的特性有關(guān)，因此功率分配器的輸入輸出端口之間必須進(jìn)行阻抗變換。
四路功率分配器是最常用的功分器，有四個(gè)輸出端口(4∶1變阻器)。
其他還有八路功分器、六路功分器和二路功分器。
功率分配器中的阻抗變換器由2～4節(jié)阻抗變換線構(gòu)成，每節(jié)阻抗變換線的長(zhǎng)度為λ/4，阻抗變換器的總節(jié)數(shù)由輸入輸出阻抗變換比、駐波比和工作帶寬決定。
在阻抗變換比一定的條件下，節(jié)數(shù)越多，功率分配器的駐波比和帶寬指標(biāo)越好，但功率分配器的制作成本也增加。
選擇功率分配器時(shí)不僅要考慮其功率容量，工作帶寬和最大駐波比，還要注意功率分配器的輸入和輸出接口的規(guī)格。
通常符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格有N型和ELA法蘭型接頭，我國(guó)還有L型系列標(biāo)準(zhǔn)，如L16、L27、L56等。
功率分配器在出廠時(shí)都經(jīng)過(guò)了專用儀器調(diào)整測(cè)試，一般駐波比都小于1.05，插芯與外導(dǎo)體之間的絕緣阻值超過(guò)200MΩ。
四、主饋線
調(diào)頻發(fā)射天線的主饋線的特性阻抗通常為50Ω，一般選擇駐波比低、損耗小的SDY系列聚乙烯螺旋絕緣皺紋銅管RF電纜，調(diào)頻電臺(tái)通常選用SDY―50-37―3和SDY―50―80―3型號(hào)RF電纜作為主饋線。
選擇饋線電纜時(shí)要注意4方面的要求。
一是電纜在工作頻帶內(nèi)的功率容量要高于相連的多工器輸出功率，且有足夠的工作余量。
射頻電纜的標(biāo)稱功率值設(shè)計(jì)在環(huán)境溫度40℃，所以要考慮溫度上升時(shí)功率下降的因素，環(huán)境溫度上升到50℃時(shí)，電纜承受的功率將降低18%。
二是選擇的射頻電纜滿足調(diào)頻和電視發(fā)射天線系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GY/T5051―94)關(guān)于主饋線功率損耗的要求要小于2.5db，電纜終端接50Ω負(fù)載時(shí)在調(diào)頻段范圍內(nèi)測(cè)試的駐波比要低于1.08。
考慮到RF電纜的直徑和單位長(zhǎng)度與衰減之間的關(guān)系，如果發(fā)射天線與發(fā)射機(jī)房較遠(yuǎn)，主饋線電纜較長(zhǎng)，要盡量選擇直徑大一點(diǎn)的射頻電纜，降低射頻電纜長(zhǎng)度帶來(lái)的功率衰減。
三是選擇的射頻電纜的內(nèi)外導(dǎo)體的電氣絕緣性能要大于500MΩ，特別是一些功率較大且環(huán)境潮濕地區(qū)的調(diào)頻電臺(tái)。
為了保持主饋線良好的電氣性能，需要定期為饋線電纜沖入30kPA的氮?dú)饣蚨栊詺怏w，同時(shí)要采取密封措施，保證電纜和相關(guān)接頭的氣密性良好。
五、調(diào)頻天饋線系統(tǒng)的維護(hù)
隨著功率的增加，調(diào)頻天線的高度越來(lái)越高，天饋線系統(tǒng)的維護(hù)難度也越來(lái)越大，維護(hù)管理水平已成為保證安全播出的重要因素之一。
調(diào)頻天線架設(shè)在幾十米至幾百米的空中，風(fēng)的作用將導(dǎo)致天線的機(jī)械振動(dòng)不止，天線的金屬緊固件長(zhǎng)期處于疲勞工作狀態(tài)，此外受溫度變化導(dǎo)致的熱脹冷縮、濕度及酸雨等帶來(lái)的影響，天饋線上的金屬器件的銹蝕加快，絕緣材料老化嚴(yán)重。
同時(shí)由于天線在高空，技術(shù)維護(hù)人員不可能經(jīng)常上去維修檢查，天線出現(xiàn)故障隱患不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
調(diào)頻天饋線系統(tǒng)維護(hù)的日常做法要從兩個(gè)方面著手，一方面要注意監(jiān)視機(jī)房一側(cè)主饋線的駐波比，另一方面要定期檢測(cè)饋線的絕緣電器性能。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)天線駐波比出現(xiàn)較大的變化后要及時(shí)查找原因處理，直到駐波比恢復(fù)到正常水平范圍。
查找故障原因的辦法可以采用分段查找的辦法：先測(cè)試主饋線的駐波情況，在主饋線終端接50Ω標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載，從主饋線的輸入端測(cè)量來(lái)測(cè)試駐波比，檢查是主饋線有問(wèn)題還是后級(jí)問(wèn)題，如果主饋線駐波比在正常范圍則問(wèn)題出在天線，測(cè)量功率分配器和連接的分支電纜，甚至天線單元，這項(xiàng)工作根據(jù)條件可選擇塔上測(cè)量或塔下測(cè)量。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常天線駐波大多發(fā)生在雨雪天過(guò)后，天饋線的分支電纜和功分器的接頭受潮進(jìn)水，絕緣電阻降低甚至短路，用熱風(fēng)槍將潮氣吹出后要重新密封。
定期檢驗(yàn)饋線的絕緣性能，絕緣阻值至少大于100MΩ。
發(fā)現(xiàn)絕緣阻值降低，檢查饋線外導(dǎo)體的接地情況，檢查各個(gè)接頭是否存在過(guò)熱或緊固不牢，饋線電纜內(nèi)的氣壓是否過(guò)低，以及天線各部件的銹蝕和老化情況。
另外要處理好天饋線的接地和防雷設(shè)施，主饋線的外導(dǎo)體要和地線用寬銅皮連接，尤其是雷雨天氣頻繁地區(qū)，要將在主饋線進(jìn)入機(jī)房之前將外導(dǎo)體與地線連好。
結(jié)語(yǔ)
隨著調(diào)頻廣播的快速發(fā)展，調(diào)頻廣播已是目前的重要的廣播覆蓋方式。
調(diào)頻天饋線系統(tǒng)保持良好的工作性能決定了安全的播出質(zhì)量，電臺(tái)維護(hù)人員對(duì)天饋線系統(tǒng)的維護(hù)要特別重視。
參考文獻(xiàn)
[1]文一平，陳小珊.調(diào)頻廣播天饋線系統(tǒng)的改造[J].Radio & Tv Broadcast Engineering， 2006(07)： 124-125.
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