大功率短波廣播發射機天饋線系統及應用分析

康 震

國家新聞出版廣電總局594 臺，陜西咸陽 712000

1 概述

短波廣播是一種重要的遠距離廣播方式。傳統的國際廣播大多采用短波廣播的方式實現傳輸覆蓋，天饋線系統是短波廣播信號實現有效傳播的重要載體，關系到短波廣播信號傳輸的效率和效果，是安全播出工作的一個重要組成部分。

2 天饋線系統及應用分析

短波廣播采用天波傳播方式，通過電離層反射，傳輸距離遠至幾百千米甚至幾千千米以外，載波工作頻率在3.2MHz～26.1MHz 之間，雙邊帶短波廣播頻道間隔為10kHz，為節約頻譜，允許載頻間隔為5kHz。

電離層因晝夜和春夏秋冬太陽輻射強度的不同而變化，對于某個固定頻率的廣播信號，隨著折射點發生變化，在服務區會出現時強時弱或者收聽不到的情況，一般采取根據時間和季節變化更換頻率的方式，改變其入射角，使折射點改變，保證廣播服務區的收聽效果。

發射天線是把已調波高頻電流能量轉換為電磁波能量，并將電磁波輻射到預定方向（服務區）的設備。短波發射天線多采用水平極化方式，常用的短波天線有水平對稱振子天線、同相水平天線、對數周期天線等。

大功率短波廣播多采用同相水平天線，即以水平對稱振子為單元，構成多層多列的天線幕，為了增寬工作頻帶，多采用籠型半波振子。天線面積越大，方向性越強，方向性的尖銳程度取決于天線面積的大小，為了使輻射場集中在一個方向，常在距天線幕1/4 波長處設置反射幕，寬頻帶同相水平天線的反射幕一般為與發射幕平行的金屬平面網。

幕形天線的國際通用符號是HRRSm/n/H1，其中H 表示水平極化，R 表示反射幕，R 表示發射方向可以反轉（不反轉時無），S 表示波瓣可以偏移（不偏移時無），m表示每層半波振子數目（列），n 表示層數，H1 表示最底層振子以波長計的離地高度。例如HR4/4/0.5 中，H表示同相天線，R 表示帶反射幕，第一個4 表示每層有四個振子，第二個4 表示有四層，0.5 表示最底層振子距離地面高度為半個波長。

饋線是連接發射機和天線振子的中間環節，用來傳輸高頻能量。特性阻抗是饋線的基本特征，特性阻抗與饋線長度無關，與工作頻率無關，特性阻抗的大小由饋線導線的線徑粗細和導線之間的相互位置來決定。

短波廣播常用的平衡式（對稱式）饋線有邊聯二線式、四線式、六線式到十二線式等，發射功率等級越高，饋線線數越多，其特性阻抗越低。為了適應寬頻帶、大功率的需要，500kW 短波發射機一般都采用十二線籠型平衡饋線。

如果饋線與天線之間不能很好地匹配，饋線上將會出現反射波，形成駐波，因此饋線上的反射波或駐波的大小是衡量匹配好壞的重要參數。

饋線上任意一點的電壓或者電流的反射波與入射波之比稱為反射系數Г，駐波比反映了發射機與天饋線匹配的狀態，對發射機穩定運行有著很大影響，駐波比與反射系數的關系是：VSWR=（1+|Г|）/（1—|Г|）。

當達到良好匹配狀態時，天饋線系統近似行波狀態，不會產生駐波所引起的異常高電壓，天線獲得最大的不失真功率，反射功率最小，系統高效地傳輸能量，發射機播出安全穩定。

當駐波比增大時，反射功率將顯著增大，高末級電子管陽極損耗APD 隨之增大，會在發射機內部的不平衡/平衡轉換器、諧波濾波器、高末級槽路等部位及外部天饋線系統上形成高電壓，導致打火，嚴重時損壞器件。設置駐波比保護是對發射機由于天饋線系統等負載變化引起反射功率顯著增大時的一種有效的保護措施。

500kW 發射機設有駐波比臨界、駐波比超出極限、反射比率超出極限、瞬間反射功率超出極限等，以達到快速保護的目的。通常當駐波比1.8 以下滿功率播出；1.8～2.0 之間可以適當降低功率，維持播出，維持播出的同時，需要及時巡視檢查天饋線系統查找異態，播出結束后需要對諧波濾波器、不平衡/平衡轉換器、饋筒、交換開關、饋線、天線等進行檢查，查找駐波比變化的原因；駐波比高于2.0 時不能播出。

在短波發射中心，通常設置有天線交換矩陣。發射機的高頻功率輸出經過饋筒連接至天線交換矩陣，交換矩陣由數個交換開關、交換控制系統和天線窗口組成；通過天線交換矩陣實現任意一部發射機與每一幅天線的調配連接；交換開關一端與發射機饋筒相連，另一端送至天線窗口，已調波信號功率通過饋線輸出至發射天線，實現電磁波輻射。

天線控制可以通過中央控制（計算機控制）和本地控制兩種方式實現。一般情況下，中央控制室根據輸入的廣播節目運行圖自動進行天線選擇；出現故障需要臨時代播時，中央控制室值班人員手動操作實現臨時性的發射機與天線調配；當中央控制系統出現異常，自動控制不能實現時，發射機房值班人員可以將天線控制系統切換至本地控制模式，手動執行天線選擇調配任務。

倒動天線后發射機加高壓出現報警，提示天線聯鎖打開，應查看倒動的天線交換開關是否到位；如果交換開關顯示不到位或者沒有動作，根據應急預案，需要值班人員手動倒動交換開關，操作前要斷開馬達控制電源，一人操作一人監護復查；如果確認開關接點已經到位但發射機無到位信號，應為交換開關行程接點沒有接上，若無備份天線的情況下可緊急短路A132（55，56）天線聯鎖接點加起高壓。

比較常見的天饋線故障現象主要是打火，嚴重時火勢明顯并伴有較大檢波聲。比如饋筒內部的饋芯連接松動打火、支撐瓷棒及輸出電容處打火、交換開關接點接觸不良及支架打火、天線振子以及饋線上瓷棒松動或者斷裂使阻抗發生變化引起打火、饋線上落鳥打火、極端天氣的影響如大風刮斷振子、寒冷季節凍裂瓷棒等。一般情況下，天饋線系統的故障點相對明顯，易于發現和排查，若不明確時，可以在滿功率時逐漸加大單音調幅，查找打火點。

天饋線系統打火時會引起駐波比臨界、駐波比超出極限、反射比率超出極限、瞬時反射功率超出極限、瞬時高末級簾柵極過流、高末級陽極過流、TSM 輸出電流超出極限等報警提示，發射機頻繁過荷掉高壓，自動降功率，嚴重時自動切斷高壓且無法重新加起，應及時降低功率或者倒備份天線，無備份天線時立即聯系代播。

3 結論

天饋線是發射機系統的負載和輸出端，天饋線的運行狀況與發射機的安全運行密切相關，了解和掌握相關知識有助于我們分析判斷和及時應對因為天饋線匹配問題形成的故障，減少停播，實現優質高效的安全播出。

[1]毛志伋，白玉琨，車晴，等.天線、微波中繼與衛星廣播技術.1997.

[2]劉洪才，史存國.廣播發射實用技術.2005.

[3]楊振愛.500kW發射機天線的結構和工作原理.2006.