淺談調頻廣播的天饋線

海濤

摘 要：天饋線是調頻廣播系統的重要組成部分，它的性能直接決定了調頻發射機的播出質量和覆蓋范圍。本文介紹了調頻廣播的輻射特點，分析了常見調頻天線、功分器和主饋線的工作原理，并對天饋線系統的維護提出了建議。

關鍵詞：輻射特點；主饋線；功率分配器

中圖分類號：TN93 文獻標識碼：A

一、輻射特點

調頻廣播的頻段屬于甚高頻，頻率范圍是87MHz～108MHz。頻率相對較高導致其向天空輻射時容易穿透電離層，沒有反射回地面，形不成天波。同時沿地面傳播時衰減快，也構不成服務。因此調頻廣播依靠空間波輻射，輻射范圍在天線的視距內，接收場強為地面反射波和天線直射波的合成。為了提高調頻廣播的輻射范圍，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。由于調頻廣播每套節目占用帶寬較窄，因此調頻天線的頻帶相對很寬。在天饋線系統滿足一定帶寬和功率容量的要求下可以使用一部天線，通過多工器實現電臺的多套節目同時播出。

二、調頻天線

根據調頻廣播電臺的發射機功率，節目套數占據的帶寬，架設天線高度、天線極化方式及輻射范圍要求來選擇調頻天線的類型，常見適合中小功率電臺的調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，適用于整個調頻頻段范圍。通常單偶極子天線由鋁合金管制成的帶平衡轉換器的饋電系統和一對半振子制成，一般在振子軸線方向安裝2或4個單偶極子天線單元和支撐鋼管共同組成調頻天線，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，在垂直面內具有很強的方向性，水平范圍內無方向散射。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，天線在整個頻段內的駐波比小于1.25。單偶極子天線的成本低廉，容易安裝，適用于節目套數少的中小功率電臺。

2 雙偶極板天線

雙偶極板天線由不銹鋼管或鋁合金制成，由兩對平行的半波偶極子及反射板構成，兩對半波偶極子的距離為λ/2，中間是帶有玻璃鋼保護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能力。反射板使雙偶極子天線的方向性增強，它的半場強角寬度可達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，阻抗匹配容易實現，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在不同方向的方式組合安裝來實現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，整個頻帶內的駐波比低于1.15，增益達7.5dB。

3 蝙蝠翼天線

蝙蝠翼天線采用水平極化方式，頻帶相對較寬，風荷載小，是調頻電臺廣泛使用的天線。天線的每層有4個振子翼互相垂直安裝在桅桿周圍，成兩對正交對稱振子，因此蝙蝠翼天線的輻射在水平面內無方向。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垂直面內的方向性，因此可根據增益需要和支撐桅桿的強度來確定安裝層數，一般中小功率電臺選2～4層。蝙蝠翼天線振子通過75Ω分支電纜饋電，電纜芯和振子翼中心饋電點依靠T型跳接銅片相連。電纜外導體與桅桿相連。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個振子翼的饋電電流幅度相等，相位相差90°，4根分支電纜長度相差λ/4。利用這種饋電方式改善了蝙蝠翼天線同層并聯電纜的阻抗匹配，提高了天線的帶寬。蝙蝠翼天線的缺點是必須安裝在大型桅桿上（鐵塔頂部），安裝調試和維護困難。

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，同時將輸出端口與相連的饋線分支電纜的特性阻抗進行匹配。功率分配器的結構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，并聯輸出端的阻抗與端口數量和所接饋線分支電纜的特性有關，因此功率分配器的輸入輸出端口之間必須進行阻抗變換。四路功率分配器是最常用的功分器，有四個輸出端口（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節阻抗變換線構成，每節阻抗變換線的長度為λ/4，阻抗變換器的總節數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，節數越多，功率分配器的駐波比和帶寬指標越好，但功率分配器的制作成本也增加。

選擇功率分配器時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格。通常符合國際標準的規格有N型和ELA法蘭型接頭，我國還有L型系列標準，如L16、L27、L56等。功率分配器在出廠時都經過了專用儀器調整測試，一般駐波比都小于1.05，插芯與外導體之間的絕緣阻值超過200MΩ。

四、主饋線

調頻發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，調頻電臺通常選用SDY—50-37—3和SDY—50—80—3型號RF電纜作為主饋線。選擇饋線電纜時要注意4方面的要求。一是電纜在工作頻帶內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。射頻電纜的標稱功率值設計在環境溫度40℃，所以要考慮溫度上升時功率下降的因素，環境溫度上升到50℃時，電纜承受的功率將降低18%。二是選擇的射頻電纜滿足調頻和電視發射天線系統的技術標準（GY/T5051—94）關于主饋線功率損耗的要求要小于2.5db，電纜終端接50Ω負載時在調頻段范圍內測試的駐波比要低于1.08。考慮到RF電纜的直徑和單位長度與衰減之間的關系，如果發射天線與發射機房較遠，主饋線電纜較長，要盡量選擇直徑大一點的射頻電纜，降低射頻電纜長度帶來的功率衰減。三是選擇的射頻電纜的內外導體的電氣絕緣性能要大于500MΩ，特別是一些功率較大且環境潮濕地區的調頻電臺。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的氮氣或惰性氣體，同時要采取密封措施，保證電纜和相關接頭的氣密性良好。

五、調頻天饋線系統的維護

隨著功率的增加，調頻天線的高度越來越高，天饋線系統的維護難度也越來越大，維護管理水平已成為保證安全播出的重要因素之一。調頻天線架設在幾十米至幾百米的空中，風的作用將導致天線的機械振動不止，天線的金屬緊固件長期處于疲勞工作狀態，此外受溫度變化導致的熱脹冷縮、濕度及酸雨等帶來的影響，天饋線上的金屬器件的銹蝕加快，絕緣材料老化嚴重。同時由于天線在高空，技術維護人員不可能經常上去維修檢查，天線出現故障隱患不容易及時發現。

調頻天饋線系統維護的日常做法要從兩個方面著手，一方面要注意監視機房一側主饋線的駐波比，另一方面要定期檢測饋線的絕緣電器性能。當發現天線駐波比出現較大的變化后要及時查找原因處理，直到駐波比恢復到正常水平范圍。查找故障原因的辦法可以采用分段查找的辦法：先測試主饋線的駐波情況，在主饋線終端接50Ω標準負載，從主饋線的輸入端測量來測試駐波比，檢查是主饋線有問題還是后級問題，如果主饋線駐波比在正常范圍則問題出在天線，測量功率分配器和連接的分支電纜，甚至天線單元，這項工作根據條件可選擇塔上測量或塔下測量。根據經驗通常天線駐波大多發生在雨雪天過后，天饋線的分支電纜和功分器的接頭受潮進水，絕緣電阻降低甚至短路，用熱風槍將潮氣吹出后要重新密封。定期檢驗饋線的絕緣性能，絕緣阻值至少大于100MΩ。發現絕緣阻值降低，檢查饋線外導體的接地情況，檢查各個接頭是否存在過熱或緊固不牢，饋線電纜內的氣壓是否過低，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施，主饋線的外導體要和地線用寬銅皮連接，尤其是雷雨天氣頻繁地區，要將在主饋線進入機房之前將外導體與地線連好。

結語

隨著調頻廣播的快速發展，調頻廣播已是目前的重要的廣播覆蓋方式。調頻天饋線系統保持良好的工作性能決定了安全的播出質量，電臺維護人員對天饋線系統的維護要特別重視。

參考文獻

[1]文一平，陳小珊.調頻廣播天饋線系統的改造[J].Radio & Tv Broadcast Engineering， 2006（07）： 124-125.