天線開關板切換系統的功能與原理

廖光源

摘 要：我臺率先完成了全頻段發射天線與雙饋系統和開關板進行組合的技術改造實例，這樣使得其中的半副天線陣列發生故障時，可以通過開關板切換至無故障的另半副天線陣列上進行工作，為廣播電視的不間斷和安全播出工作提供了可靠的安全保障。

關鍵詞：天饋線；雙饋；開關板；功分器；功率；安全播出

中圖分類號：TN82 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0061-02

Abstract： Our station took the lead in completing the technical transformation example of the combination of the full-band transmitting antenna with the doubly-fed system and the switch board， so that when the half-pair antenna array was broken down， The switch board can be switched to the other half of the antenna array without fault， which provides a reliable security for the uninterrupted and safe broadcast of radio and television.

Keywords： sky feeder； doubly-fed； switch board； power divider； power； safe broadcast

1 概述

廣播和電視信息在無線傳輸的過程中，天饋線系統是其傳播的最終端設備。因而，高度重視發射機天饋線系統的技術維護管理工作，制定安全可靠運行的技術安全保障措施，是確保廣播電視安全播出、安全傳輸的重要技術手段。

2 開關板切換系統的功能與原理

天線開關板切換系統是在天饋線系統雙饋技術的應用中，為解決天饋線系統發生故障時的安全播出問題而誕生的，是國家廣播總局第62號令之廣播電視實施細則條例中應急預案的體現。開關板的工作，離不開雙饋線和天線，為此，我們不妨先對天饋線系統的原理作一些了解，以便對天饋線系統有必要的正確認識。

2.1 天饋線系統的結構

天饋線系統是廣播電視信號傳輸中的重要設備，它由天線、分饋線、變阻器和主饋線組成。天饋線系統的構成較為復雜，一旦發生故障，就會使發射機產生較大的駐波比，對安全播出造成嚴重影響。

在雙饋傳輸方式中，天線的層數由1至8層不等，方向的指向性分全向和定向兩種。下面就以四層四面全向雙饋發射天線為例進行分析。如圖1所示。

2.2 發射天線的作用與原理

廣播電視發射天饋線系統，要確保其工作的穩定性是非常關鍵的一項工作任務。天饋線系統的功率容量、天線增益和帶寬都有了很大的提高，帶寬也做得非常寬，能滿足全頻段的工作要求，給多工廣播電視技術提供了便利和可靠的技術保障。

從圖1的架構圖中可以看出，天線分為四層，上半部兩層為一組，下半部兩層也為一組，天線振子通過分饋線分別對應連接于相應的8功率分配器，組成了一副四層四面全向發射天線系統。

2.3 雙饋的功能與作用

雙饋技術最主要的優勢是有效地提高了天饋系統的功率容量和工作的可靠性。它是由兩根電長度相等、相位差小于5度的主饋電纜分別對天線系統的上半副天線陣列和下半副天線陣列傳送功率信號。也就說，由圖2的四層四面全向雙饋發射天線架構圖可以看出，在雙饋系統中，由兩根主饋電纜分別連接于對應的上半副天線陣列和下半副天線陣列，各組成了一幅發射天線，當系統發生故障時，通過天線開關板的切換，可以選擇無故障的另半副天線陣列進行工作，保障了安全播出工作。

3 天線開關板切換系統的功能與原理

開關板是廣播電視無線發射天線雙饋技術的核心設備。它是在功率分配器的基礎上加以創新的結果，也就是在功率分配器的輸入和輸出端，增加幾個可轉換的接口，就很便捷的實現了發射機輸出的功率信號可與整副天線陣列、上半副天線陣列（天線1）或下半副天線陣列（天線2）饋電的倒換，確保了廣播電視的安全播出。在結構上有3dB耦合器型和直分型兩種。3dB耦合器型開關板的兩個輸出端口有較高的隔離度，但直分型天線開關板的工作頻帶更寬。在數字電視發射普及的今天，直分型天線開關板更加常用。

3.1 天饋系統正常工作運行時

發射機的射頻功率信號經開關板將總功率信號分為兩路等功率和等相位，再分別饋送給上半副天線陣列（天線1）和下半副天線陣列（天線2），上、下半副天線陣列發射的電磁波信號在空中進行合成， 完成了整副天線的正常發射功能，原理圖如圖2所示：

3.2 下半副天線陣列發生故障時

當下半副天線陣列（天線2）出現故障時，把開關板上的信號輸入端口和天線1端口通過轉接器直接連接，將功分器旁路，此時的工作狀態為發射機的功率信號通過開關板上的轉接器后，再由單饋將功率信號傳送到上半副天線陣列（天線1）工作，下半副天線陣列（天線2）停止運行，完成了正常播出。如圖3所示。

3.3 上半副天線陣列發生故障時

當上半副天線陣列（天線1）出現故障時，把開關板上的信號輸入端口和天線2端口通過轉接器直接連接，將功分器旁路，此時的工作狀態為發射機的功率信號通過開關板上的轉接器后，再由單饋將功率信號傳送到下半副天線陣列（天線2）工作，上半副天線陣列（天線1）停止運行，完成了正常播出。如圖4所示。

4 結束語

在廣播電視數字化大潮的推動下，我臺在發射傳輸系統中率先完成了具有安全性、可靠性、科學性和先進性突出特點的全頻段開關板切換系統的實例，將天饋線系統故障的影響降到了最低，提高了發射系統的穩定性，做到了不間斷播出，為廣播電視的安全播出工作提供了可靠的安全保障。

參考文獻：

[1]梅楊，李曉晴，黃偉超.級聯式雙向DC-DC變換器的模型預測控制[J].電氣工程學報，2017（03）.

[2]戴喜良，李尚盛，孫建軍，等.電能質量擾動發生器控制策略及其實現[J].電力系統保護與控制，2014（23）.

[3]李瓊林，劉會金，宋曉凱，等.基于切換系統理論的三相變流器建模及其穩定性分析[J].電工技術學報，2009（11）.

[4]戴喜良，李尚盛，孫建軍，等.電能質量擾動發生器控制策略及其實現[J].電力系統保護與控制，2014（23）.

[5]陸艷紅，郭康權，王建偉，等.數字農業平臺軌道切換系統的研究[J].農機化研究，2007（03）.

[6]趙菊娣，傅琴，章英，等.軌道牽引車制動裝置國產化改造設計[J].機械設計與制造，2006（10）.

[7]梁宗澤，陳宇，鄒旭東，等.基于九開關變換器的雙饋風電系統運行原理與控制研究[J].中國電機工程學報，2015（05）.

[8]張國榮，張鐵良，丁明，等.具有光伏并網發電功能的統一電能質量調節器仿真[J].中國電機工程學報，2007（14）.