小功率短波發(fā)射臺(tái)天饋線(xiàn)系統(tǒng)間干擾分析

蘇玉忠 尼瑪曲宗

（作者單位：西藏自治區(qū)新聞出版廣電局032臺(tái)）

1 研究背景

西藏自治區(qū)多處發(fā)射臺(tái)由于地形復(fù)雜、面積狹小等場(chǎng)地條件限制，無(wú)法按臺(tái)站建設(shè)規(guī)范中的布局要求實(shí)施，尤其是天線(xiàn)間距，大部分臺(tái)站的天線(xiàn)間距低于規(guī)范中的50 m要求，部分臺(tái)站天線(xiàn)間距＜30 m，導(dǎo)致臺(tái)區(qū)內(nèi)天線(xiàn)之間相互干擾和相互遮擋，造成發(fā)射臺(tái)投入使用后，發(fā)射設(shè)備效率不高，發(fā)射系統(tǒng)存在相互干擾的現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)射系統(tǒng)功率開(kāi)不足，工作狀態(tài)不穩(wěn)定，影響了發(fā)射系統(tǒng)的安全播出。為減少發(fā)射臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)間的相互干擾，有必要以某一現(xiàn)有臺(tái)站對(duì)小功率短波發(fā)射臺(tái)的發(fā)射系統(tǒng)間的干擾進(jìn)行分析為發(fā)射臺(tái)天線(xiàn)布局的確定原則。

2 發(fā)射臺(tái)及發(fā)射系統(tǒng)簡(jiǎn)介

以某一典型發(fā)射臺(tái)A臺(tái)為例，臺(tái)區(qū)為長(zhǎng)方形場(chǎng)地，長(zhǎng)約110 m，寬約55 m。A臺(tái)有5副短波垂直極化籠形天線(xiàn)，設(shè)定工作頻率為5.9～21.85 MHz，兩天線(xiàn)間距為30～90 m不等。

天線(xiàn)由三部分組成：籠形振子體、地網(wǎng)和調(diào)配箱。籠形振子體由多根振子線(xiàn)、振子環(huán)、橫支撐和桅桿組成。

3 發(fā)射系統(tǒng)間干擾仿真計(jì)算

3.1 電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法介紹

發(fā)射系統(tǒng)干擾主要來(lái)自系統(tǒng)的天線(xiàn)接收到其他天線(xiàn)的輻射場(chǎng)強(qiáng)轉(zhuǎn)化為干擾功率進(jìn)入到發(fā)射機(jī)，通過(guò)電磁仿真來(lái)建立多副天線(xiàn)的輻射模型，能夠模擬分析出每套發(fā)射系統(tǒng)天線(xiàn)上耦合其他天線(xiàn)的發(fā)射功率。由于天線(xiàn)間房屋建筑的影響難以定量分析，電磁仿真分析不考慮臺(tái)內(nèi)建筑遮擋因素。

將5副天線(xiàn)按照A臺(tái)的分布運(yùn)用電磁仿真軟件建立仿真模型，該電磁仿真運(yùn)算分析基于電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的GTD和矩量法。GTD法根據(jù)局部場(chǎng)原理，把物體分解為一些典型的幾何構(gòu)形，再以這些典型的幾何結(jié)構(gòu)的衍射場(chǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行場(chǎng)計(jì)算。矩量法在天線(xiàn)分析和電磁場(chǎng)散射問(wèn)題中應(yīng)用比較廣泛，已成功用于天線(xiàn)和天線(xiàn)陣的輻射、散射問(wèn)題、微帶和有耗結(jié)構(gòu)分析、非均勻地球上的傳播及人體中電磁吸收等。

3.2 建模及仿真計(jì)算結(jié)果

建模時(shí)每副天線(xiàn)設(shè)置了饋電端口，該模型經(jīng)過(guò)仿真運(yùn)算最終輸出每?jī)筛碧炀€(xiàn)間在發(fā)射不同頻率時(shí)的耦合度，耦合度的大小說(shuō)明相互干擾程度。

按照臺(tái)區(qū)天線(xiàn)位置分布，1號(hào)天線(xiàn)座標(biāo)為A1(0,0)，則其他天線(xiàn)相對(duì)坐標(biāo)分別為 A2(40,0)、A3(40,-40)、A4(-49,-41)、A5(-67,-17)，單位為m。

經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，在不同頻率下，天線(xiàn)與天線(xiàn)之間的耦合度見(jiàn)圖1和圖2。

圖1是1號(hào)天線(xiàn)和2號(hào)天線(xiàn)（s12/s21）之間的耦合度圖。

圖1 1號(hào)天線(xiàn)和2號(hào)天線(xiàn)相互干擾（s12/s21）

圖2是1號(hào)天線(xiàn)和3號(hào)天線(xiàn)（s13/s31）之間的耦合度圖。

根據(jù)上述耦合曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，可計(jì)算出相應(yīng)的不同頻率不同天線(xiàn)間的感應(yīng)功率。

經(jīng)過(guò)計(jì)算比較1號(hào)天線(xiàn)和2號(hào)天線(xiàn)間感應(yīng)功率最大，具體數(shù)值如表1所示。

計(jì)算所有天線(xiàn)間的感應(yīng)功率結(jié)果如下：

第一，兩發(fā)射系統(tǒng)天線(xiàn)間距＞50 m時(shí)最大串?dāng)_功率約30 W，絕大多數(shù)頻率串?dāng)_功率＜20 W。

第二，發(fā)射天線(xiàn)40 m間距時(shí)，串?dāng)_功率最大值約為45 W。

第三，發(fā)射天線(xiàn)30 m間距時(shí)，串?dāng)_功率最大值約50 W。

圖2 1#天線(xiàn)和3#天線(xiàn)相互干擾（s13/s31）

表1 1號(hào)天線(xiàn)和2號(hào)天線(xiàn)間感應(yīng)功率值

4 干擾分析

仿真計(jì)算是各天線(xiàn)之間發(fā)射功率為2 kW時(shí)的各頻點(diǎn)的串?dāng)_功率，未考慮場(chǎng)區(qū)的建筑遮擋情況，不計(jì)饋線(xiàn)和發(fā)射機(jī)末極諧波濾波的衰減。通過(guò)仿真計(jì)算各發(fā)射系統(tǒng)天線(xiàn)接收到其他發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射功率情況，總結(jié)分析如下。

兩系統(tǒng)的相互干擾情況與天線(xiàn)輻射特性、所處位置、天線(xiàn)間距及發(fā)射機(jī)的帶通特性有關(guān)。仿真計(jì)算分析發(fā)射頻率越低對(duì)其他系統(tǒng)干擾越大，而實(shí)際發(fā)射系統(tǒng)工作中因發(fā)射機(jī)自身的反向?yàn)V波特性，8～11 MHz對(duì)其他發(fā)射系統(tǒng)干擾最大；在低端頻率理論計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的差異說(shuō)明發(fā)射機(jī)反向帶通特性使天線(xiàn)耦合過(guò)來(lái)的低端頻率有一定的衰減。

每套發(fā)射系統(tǒng)在各頻段干擾能力有一定差異，但總體上低頻發(fā)射頻率干擾能力強(qiáng)于高頻發(fā)射頻率的干擾能力，16 MHz以下頻段對(duì)另一發(fā)射系統(tǒng)的全頻段都有干擾，5.9～13 MHz頻率對(duì)其他發(fā)射系統(tǒng)影響較大，16 MHz以上發(fā)射頻率干擾能力弱，19 MHz以上發(fā)射頻率干擾能力可忽略不計(jì)。

由上述分析可知，發(fā)射系統(tǒng)間相互干擾情況與天線(xiàn)間距直接相關(guān)，在30 m距離以下，發(fā)射系統(tǒng)將受到較大干擾，通常發(fā)射系統(tǒng)由于發(fā)射機(jī)與天線(xiàn)匹配不夠理想系統(tǒng)本身存在50～200 W反射，由于串?dāng)_功率的疊加，當(dāng)疊加后的功率大于200 W時(shí)發(fā)射機(jī)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，存在安全隱患，因此，有些臺(tái)站天線(xiàn)間距在較近的情況下發(fā)射機(jī)不能開(kāi)機(jī)。因此，在臺(tái)站建設(shè)中天線(xiàn)布局合理至關(guān)重要，天線(xiàn)間距盡可能大于30 m，如間距較小可通過(guò)優(yōu)化發(fā)射系統(tǒng)中天線(xiàn)與發(fā)射機(jī)的匹配，使發(fā)射機(jī)接收的總體反射功率降低。