大功率短波天饋線傳輸通路阻抗失諧改造與應用

曲鵬璽

摘 要 大功率同相水平天饋線是短波波段使用最為廣泛的一種天線。文章主要介紹了大功率短波同相水平天、饋線系統在國家新聞出版廣電總局二〇二四臺多年的運行中出現的兩起典型故障，并對頻繁出現的典型故障進行深入研究及分析，通過分析對天饋線進行了幾處改造，改造取得了較好的效果。在改造成功天饋線運行穩定的基礎上對兩處改造進行了詳細分析及總結，對于同類大功率短波同相水平天、饋線維護和改進有著一定借鑒意義。

關鍵詞 大功率同相水平天饋線；阻抗失諧；打火故障；跳籠；改造

中圖分類號 TN934 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）229-0059-02

國家新聞出版廣電總局二〇二四臺于2011年安裝4部國產DF500A大功率短波發射機，架設有8副同相水平天線和8副偏轉開關，在天饋線測量調試階段對包括方向圖、增益、極化、輸入阻抗以及工作頻帶等天線基本電參數進行測試及調試但經過幾年的試運行天饋線頻繁出現饋線打火故障，后將出現的饋線打火故障進行記錄、分析、分類，通過理論計算及多次實際測試驗證確定改造方案。每項針對性的改造都取得了顯著效果，也徹底解決了同類型打火故障。

1 典型故障一：主饋線跳線打火故障

1.1 主饋線跳線打火故障分析

二〇二四臺A01—A08主饋線設計為雙籠形如圖1（饋線），特性阻抗約為300Ω，每側饋籠由12根φ4mm的銅包鋼組成，導線間絕緣距離為500mm，饋線通過饋桿懸掛，轉角處為雙門支撐，通過籠形跳線連接傳輸功率。跳線由絕緣玻璃纖維繩固定（如圖1），玻璃纖維繩與主饋線跳線由銅綁線固定，保障跳線在運行中穩定不變形，以滿足施工工藝要求加電不打火，風吹不翻轉，跳引線之間及跳引線與饋線桿保持相對穩定狀態。

饋線加電運行2年期間跳線相對穩定，但2年后頻繁出現跳線打火故障，A01—A08主饋線共使用27個跳線共出現18次跳線打火故障。經過分析得知，一是由于饋線加電時溫度較高長時間使用，導致玻璃纖維繩加快老化絕緣降低，本體打火故障（如圖2）；二是二〇二四臺座落在東北極寒地區，夏冬最大溫差70余度致使玻璃纖維繩形變較為嚴重導致跳線間距變化較大使饋線出現阻抗失諧能量堆積出現打火故障。

1.2 改造方法及創新點

將原有主饋線跳線固定方式改為每側跳線通過高頻絕緣瓷棒支持單獨固定。絕緣瓷支撐為3部分，分別是抱箍、絕緣瓷棒、背板。抱箍材料為白鋼，絕緣瓷棒為傳統高頻瓷棒，背板（如圖3）使用材料為鍍鋅厚鋁板，背板上有可緊固的瓷棒座。主饋線跳線通過抱箍固定，抱箍套在絕緣瓷棒上并通過頂絲固定，絕緣瓷棒固定在背板瓷棒座上。

饋線跳線改造無論是在材料選擇還是支撐組件的設計都經過了近百余次的嘗試，最終確定方案：

1）抱箍可固定不同粗度的饋線跳線；

2）背板材料為鍍鋅鋁板即輕薄又耐輻射；

3）瓷棒在背板支持座上可調整高度，安裝成品（如圖3）。

由于絕緣瓷支持的三個部分都是可調節的適用于不同饋線跳線便于安裝、推廣和批量生產。二〇二四臺的27組跳線均已通過此改造，改造至今3年來未發生饋線跳線打火故障，徹底解決了原跳線打火故障。此改造中的絕緣支撐組件獲得“實用新型國家專利”。

2 典型故障二：偏轉開關跳籠打火故障

2.1 偏轉開關跳籠打火故障分析

當發射機滿功率播出時頻繁出現偏轉開關內部打火故障，偏轉開關與跳線連接處打火，跳線間打火故障。播音頻率不同都出現過類似故障所以排除不同頻率造成的不確定性打火故障。后經過從發射機窗口、主饋線、切比雪夫變阻器、偏轉開關進行分段測試，發現打火偏轉開關跳線阻抗均大于原設計150Ω某些頻率可高達230Ω，同時此處VSWR駐波比遠大于設計要求的上限值1.54。最終確認，偏轉開關頻繁打火原因是跳籠設計存在一定缺陷，導致偏轉開關輸入阻抗失諧所致，打火故障（如？圖4）。

2.2 改造方法及創新點

將原設計12芯組成的錐形跳籠改造成24芯組成的筒形跳籠，通過改變跳籠芯數及兩跳籠間距保證了偏轉開關輸入輸出阻抗相等。根據計算嚴格控制兩跳籠的直徑300mm。將原跳籠間加裝絕緣橫支持確保跳籠的穩定性。改造原理：原設計偏轉開關可以看成一對由12根導線做成的圓柱形籠子，雙籠形饋線可以等效成理想的二線式饋線，其平均等效直徑也可看成理想的單根導線直徑。所有雙籠形饋線的特性阻抗可按下式進行計算：

其中：c z為雙籠形饋線的特性阻抗；ρ為兩籠形饋線中心點直接的距離；αd稱為籠形饋線的平均等效直徑；n是組成籠形饋線的細導線根數；D為籠形饋線的平均等效直徑；d為細導線直徑。根據已知技術數據及多次的實際現場制作測量，驗證當偏轉開關籠形饋線的細導線數為n=24時，兩跳籠間中心距離ρ較大約為450mm較容易達到安裝工藝要求以及相對穩定。根據原理公式1及公式2測算出籠形饋線的平均等效直徑為300mm。改造后的跳籠（如圖5）。

3 結論

由于天饋線問題的復雜性，在設計、安裝甚至求解過程中，會遇到很多難以解決的問題，盡管現在已采用先進的計算機技術，使某些精確計算已取得了一定成果，但還未達到能夠解決一起天饋線問題的程度。由于在設計、求解天饋線問題的過程中，都作了不同程度的近似，這樣問題的理論分析與實際結果之間不可避免地會存在一定差異，所以對天饋線投運前的調試和測試必不可少，運行中針對性的創新和改造更是安全運行的重要環節。二零二四臺的“饋線跳線絕緣豎支撐改造”和“偏轉開關跳籠改造”，兩項改造無論是材料選擇還是結構組成都經過了大量計算和多次嘗試，最終確定改造方案，徹底解決了原本出現率最高的兩個？故障。

參考文獻

[1]左智成，李興華.電波與天線[M].合肥：合肥工業大學出版社，2006（8）：166-167.

[2]萬學哲，短波同相水平天線偏向開關入口跳籠改進[C].2014年學術年會暨第七屆《王選新聞科學技術獎》和優秀論文獎頒獎大會論文集.