中波廣播發射系統受外界干擾的判定方法及解決方案

馮志方

【摘 要】中波發射屬大功率播出，在受到外界干擾時，其天饋系統的特性參數會因加載功率而變化。本文通過對發射系統分塊分析，逐一實驗，最終確立了影響播出的原因。為中波機房遇到此類問題，提供解決方法和思路。

【關鍵詞】天饋系統；環境影響；發射塔參數；實驗

中圖分類號： TN934.81 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0207-002

0 引言

2010年天津廣播電視臺四號機房進行了設備更新。其中747kHz新裝M2W50Kw發射機在假負載調試完畢后，于6月28日夜進行天線播出測試。測試期間發射機設定5kw，不加音頻開機，發射機顯示反射80w、相角58度（發射機保護上限為59度），增大發射功率后發射機出現保護性關機，無法播出情況。文章詳實介紹了筆者通過分析和各類測試，找出影響播出原因的過程。

1 分析

針對這個問題，機房對747kHz播出系統進行了系統分析。按功能將系統分為發射機、功率傳輸、匹配網絡、天線及環境四部分。為確定引發問題的原因，決定對系統各部分分塊實驗和有針對性的設備測試。

747kHz播出系統分為如下幾部分：

2 實驗

2.1 發射機部分

2.1.1 可能出現的問題

2.1.1.1 發射機定向耦合器測試不準確。

2.1.1.2 發射機控制軟件駐波監測部分，當出現駐

反射時不能根據反射情況做出準確判定。

2.1.1.3 同頻干擾串入發射機造成發射機保護。

2.1.2 實驗情況

2.1.2.1 在天線切換開關與天饋線系統之間接入25kw M2W發射機使用的定向耦合器，通過該定向耦合器，用頻譜分析儀測試天饋線系統真實的入射功率和反射功率，以此計算反射系數。由于該定向耦合器位于主用、備用發射機連接天饋線系統的公共通道，可以測試主用、備用發射機開啟時的入射、反射功率。實際測試結果，開啟主用發射機時，電壓反射系數為-14.2 dB；開啟備用發射機時，電壓反射系數為-14 dB。二者差別可視為測量誤差，對應電壓駐波比1.47、1.49。測量結果表明：不論應用哪一部發射機，反射電壓確實存在，且反射系數相等，從而排除了M2W發射機定向耦合器測試不準確的可能性。

2.1.2.2 發射機接假負載，在發射機輸出網絡內串入250pF可變電容，人為造成發射機與假負載阻抗不匹配，設定5kw開機后發射機相角46度（原值為45度）、反射功率0w，改變串入電容數值，相角和反射功率也隨之發生變化，從而驗證了發射機控制軟件監測部分可以正常工作。將M2W發射機駐波過大保護功能、負載阻抗相位角偏差過大保護功能，在設置中關閉，強行開機，逐漸加大發射機輸出功率，當設置功率為額定最大功率50 KW時，發射機顯示的實際輸出功率為44 KW。我們將功率設到一個中間值25 KW時，發射機顯示的實際輸出功率為16 KW，反射功率為600W。計算結果，駐波系數為1.48，與定向耦合器測試結果非常接近。說明發射機本身測量顯示系統正常。為進一步證實，在保持發射機各項設置不變的情況下，將輸出網絡內串入的250pF可變電容去掉，發射機連接天饋線系統，開機后，發射機實際輸出功率（16 KW）與設置功率（25 KW）不一致。而將發射機切換在假負載上，兩個功率值非常一致（均為25 KW）。這間接說明在加載功率時，天饋線系統（含天線、網絡、饋纜）的輸入阻抗發生了變化。

2.1.2.3 經用儀器測量，在發射機出口端測量發射塔接收的747kHz本頻干擾為89dBμv，折算為功率值僅為0.02-0.03mw，不足以影響發射機。同時經測量還發現，同發射場區（在2#發射塔）1008kHz的本頻干擾還大于747kHz， 1008kHz發射機與747kHz發射機同型號，而1008kHz發射機工作正常未受影響。因此確定同頻干擾的串入，不是造成發射機保護的原因。

2.1.3 結果

綜合上述實驗可排除發射機自身故障的可能。

2.2 饋纜

2.2.1 可能出現的問題

2.2.1.1 饋纜傳輸特性不好，導致傳輸功率時出現反射

2.1.2.2 饋纜功率承載性能不好，當大功率傳輸時出現反射。

2.1.2.3 饋纜長度等效1/4λ使感應的電壓過高，從而在饋纜上形成駐波點。

2.2.2 實驗情況

2.2.2.1 饋纜經儀器測量室測量，SWR=1.034，符合技術要求。在饋纜與天調網絡連接處加入測試節，測量747kHz頻點電壓反射系數為-14.2 dB；SWR=1.4；在饋纜和發射機連接處測量747kHz反射系數為-14 dB；SWR=1.4，經饋纜傳輸后對于747kHz的駐波系數沒有明顯變化，從而證明在饋纜上沒有產生駐波，功率可正常傳輸。

2.2.2.2 明珠發射機現正使用該條饋纜進行20kw的播出，播出期間沒有發現饋纜有發熱等絕緣不好的情況。而使用M2W發射機時，功率輸出進設定為5kw，發射機即出現報警，可排除饋纜功率承載性能不好的可能性。

2.2.2.3 將饋纜外皮連接銅帶后進行了接地，使饋纜多點接地，消除饋纜上的感應電壓。再開機時，發射機依然報警，從而排除了因饋纜上的感應電壓造成發射機報警的可能性。

2.2.3 結果

綜合上述幾個實驗結果，可排除因饋纜導致發射機不能正常工作的可能性。

2.3 天線匹配網絡

2.3.1 可能出現的問題

2.3.1.1 網絡特性阻抗調整至標準50歐姆后，經饋纜傳輸后，阻抗偏離50歐姆，造成與發射機輸出阻抗不匹配，從而造成發射機工作不正常。

2.3.1.2 網絡中使用的可調電容，根據電容功率承載計算公式I=2πF*C*U，在電容量使用較小時，當有大電流通過時，電容兩端壓降將超出可承載最大電壓，致使可調電容無法正常工作，從而導致網絡在大功率下無法與發射機匹配。

2.3.1.3 747kHz網絡使用的元件與場區空間中某個頻率形成諧振，并將該功率信號串入發射機，造成發射機無法正常工作。

2.3.2 實驗情況

2.3.2.1 斷開發射機輸出網絡與饋纜的連接，在饋纜入口端測量網路特性阻抗（將饋纜對網絡阻抗的影響計入測量中），經測試該點阻抗為50+j0.5（接假負載時該點測量值為50+j0.2）；SWR=1.02；網絡帶寬為34MHz（SWR=1.2），完全符合使用要求，但開啟M2W發射機時，發射機報警自保。由此排除了網絡經饋纜傳輸后造成阻抗變化，并影響發射機的可能。

2.3.2.2 使用固定真空電容替代原使用的可調真空電容并對將網絡特性阻抗調整為50Ω，后開啟M2W發射機依然無法正常工作，由此排除可調電容對發射機的影響。

2.3.2.3 為避免場區內原干擾頻率在網絡上形成諧振，變更網絡各元件參數，對網絡重新進行調整后，開啟發射機依然無法正常播出，從而排除了網絡元件與場區中某頻率形成諧振影響發射機的可能。

2.3.3 結果

綜上幾個實驗結果，可排除因天線匹配網絡引起發射機不能正常工作的可能性。

2.4 天線及周邊環境

2.4.1 可能出現的問題

2.4.1.1 由于所用5#天線接收的747kHz同頻干擾過大，經網絡串入發射機后，造成發射機因反射功率過大而保護。

2.4.1.2 所用5#發射塔受周邊高大建筑物反射輻射功率影響，功率加載前后特性參數發生變化，造成天線匹配網絡與發射塔不匹配從而影響發射機工作。

2.4.2 實驗情況

2.4.2.1 同頻干擾實驗已在判別發射機引發故障環節中進行，根據測試結果可排除天線接收的747kHz同頻干擾過大而造成發射機不能開機的可能性。

2.4.2.2 在其它發射塔（1#發射塔）搭建網絡，使用747kHz M2W發射機進行播出實驗，功率設定為8kw時發射機開機，顯示輸出功率7.7kw，相角47度，反射功率10w，發射機已可正常工作。由此推測747kHz M2W發射機無法工作為5#塔周邊環境影響。

2.4.3 結果

通過多項試驗和分析，導致發射機無法工作的原因為，發射塔輸入阻抗在加載功率和儀器測試兩種狀態下不同。

5#天線（高度76m）處于附近建筑物兩面包圍之中，偏北側樓群總長度185m，高度約60m；偏東側樓群總長度190m，高度約60m；最近距離僅為50m左右，并且高度約60m。從天線輻射出去的電磁波，在天線、建筑物組成的近乎封閉的系統中多次反射，天饋線系統真實的輸入阻抗，應該是計入了這種多次反射的因素，這個輸入阻抗應該就是發射機大信號運行時的實際負載阻抗。

但是，天饋線系統輸入阻抗測試時，網絡分析儀的信號源輸出功率為1mW，高頻功率經過天線變換為空間電磁波的功率，從天線輻射出去，再經過建筑物反射，折回天線，再次通過天線變換為射頻電壓，到達網絡分析儀的接收機時，電壓幅度已經低于接收機靈敏度電壓，網絡分析儀無法測量到反射電壓。因而導致網絡分析儀測試結果與實際情況相差甚大。

如果上述推測成立，那么天線匹配網絡調整時，網絡分析儀的測試結果將無法為調整工作提供方向性指導，因為天饋線系統的輸入阻抗為復阻抗。唯一的解決辦法，就是在天饋線匹配網絡的調整過程中，以發射機反射功率最低為準則。反復試探性調整網絡，但該種方式調整非常盲目，匹配網絡的調整幾乎成為不可能并且在調整過程中極易造成發射機損壞。

3 結論

3.1 分析結果

綜合各實驗結果現基本排除了系統本身引發問題的可能性。確定問題原因為受周邊環境影響，747kHz使用的5#發射塔在加載功率的情況下，發射塔參數發生較大變化（與儀器冷測比較），從而造成M2W發射機無法正常播出。

另外通過更換747kHz發射塔實驗，可使M2W 50KW發射機升功率開出。因此機房決定更換747kHz發射塔，避免發射塔變化對播出系統的影響。

3.2 小結

近些年，隨著城市規模的飛速發展，原先在空曠地修建的發射臺，已逐漸被各類新建高大建筑所包圍。這些拔地而起的高大建筑，不斷改變著發射臺發射場區的電磁環境從而形成干擾。此干擾隨發射功率的增加而增強，當干擾超出發射機控制范圍時，就得考慮轉塔甚至遷臺了。