中波發射臺雙頻共塔天饋系統兩例故障分析

甘肅省廣播電視局白銀廣播轉播臺 趙淑蘭

本文對白銀廣播轉播臺中波雙頻共塔天饋系統兩例故障從故障現象、故障分析與故障處理過程進行了詳細的闡述，供同行借鑒。

中波轉播發射臺技術系統由供配電系統、音頻信號源系統、發射系統、監控系統組成。發射機、天饋線、匹配網絡及其相應的配套設施構成發射系統。發射系統中的天饋線、匹配網絡作為中波發射臺的重要組成部分，其作用是將發射機輸出的高頻已調波信號高效率的傳輸輻射出去。現在的數字調幅發射機，對天饋系統的要求很高，大多數中波發射臺音頻信號源系統、發射機、供配電系統均有備份，而天饋線、匹配網絡大多數臺站沒有備份，因此天饋系統故障引發的停播、劣播事故已嚴重影響中波發射臺的安全播出，各個臺站對于天饋系統的故障處理及日常維護高度重視。

白銀廣播轉播臺現轉播中央人民廣播電臺《中國之聲》和甘肅新聞綜合廣播，頻率分別為540kHz和873kHz，為了節約資金和減少土地占有面積，我臺采用雙頻共塔發射，共有天線為邊寬為0.5m，高度為76m三角拉線桅桿天線。兩臺發射機輸出功率均為10kW、輸出阻抗為50Ω，每臺發射機用各自特性阻抗為50Ω饋線將高頻已調波信號傳輸到各自的天調網絡，再共塔發射出去。我臺雙頻共塔天調網絡是成都凌風天線設備有限設備公司設計的，此網絡主要由預調網絡、阻塞網絡、匹配網絡組成。

預調網絡的作用：電感L5、L6組成預調網絡，由于540kHz處于中波段的低頻，天線實部電阻較小，虛部容抗較大，與共塔的873kHz的實部電阻值相差較大，兩個輸入阻抗的模值相差也較大，假如把兩個信號從塔底直接分開，天線底部兩電壓相差較大，泄露電壓相差也大，造成高電壓發射機對低電壓發射機的串音。當共塔兩頻率的輸入阻抗模值相等時，兩個阻塞網絡的視在功率最小，在共塔天線底部設計預調網絡，通過L5、L6值的有效選取，在共塔兩頻率的阻塞網絡處改變兩個頻率的天線輸入阻抗，降低雙頻共塔網絡的視在功率，使共塔兩頻率的塔底電壓相近。

阻塞網絡的作用：L4、C4組成的并聯諧振電路對頻率為873kHz的高頻信號進行阻塞，L7、C5組成的并聯諧振電路對頻率為540kHz的高頻信號進行阻塞。因發射天線既發射信號，同時也接受本臺發射的其他頻率的信號，鐵塔上接受到的高頻信號通過天線銅管、天調網絡、饋線送到發射機功放輸出，損壞功放管。

匹配網絡的作用：L1、C1、L2、C2、L3、C3組成頻率為540kHz的高頻信號的匹配網絡，C6、L8、L9組成頻率為873kHz的高頻信號的匹配網絡。匹配網絡使天線復數阻抗中的實部阻抗等于饋線的特性阻抗，使天線的虛部阻抗趨于零，即使天線阻抗與饋線阻抗匹配。

只有當天線的輸入阻抗與饋線阻抗、發射機功放輸出阻抗匹配，發射機輸出的高頻已調波信號才能通過天線有效輻射出去，而天線的輸入阻抗隨季節溫度變化，周圍地面土壤、感應場的變化其復數阻抗也發生變化，如不及時跟進調整，天線與發射機阻抗失諧，反射電壓過大、駐波比越限，將引起發射機自動降功率或關功放保護。

下面就我臺發生的兩例天饋系統故障進行具體的分析。

故障現象一：輸出功率為10kW、載波頻率為540kHz的數字調幅發射機在運行中天線駐波比、網絡駐波比偏高，發射機自動降功率至2kW播出。

故障檢查：發射機出現異常現象時，值班員從監控視頻上看見載波頻率為540kHz，高頻信號的天調網絡中的阻塞網絡C4（兩只容量為1000pF電容并聯），與匹配網絡連接的一端打火，發射機自動降功率至2kW播出，等播出結束后，維修人員到天調室仔細查看，發現打火處的阻塞電容C4、匹配電容C3已輕微炸裂，與其相連的一段銅皮燒壞。

故障處理：將燒壞的阻塞電容換成相同型號的新電容，連接銅皮換成新的，發射機工作正常。可發射機運行幾天后，新換的電容和匹配網絡中的電容C3都被燒壞炸裂。本臺技術人員與安裝天調網絡的廠家技術人員共同分析發生此次故障的原因，決定對電容C4、C3在總容量不變的情況下首先增大其額定無功功率，再通過兩個或兩個以上相同型號電容串、并混聯提高電路的耐壓，分流能力。

匹配電容C3原電路中是一只1000pF電容。改動后由四只1000pF電容先兩兩相串聯后再并聯，總容量不變。即：C3=1000pF/2+1000pF/2=1000pF。

阻塞電容C4原來是由兩只相同型號的1000pF電容并聯，總容量為2000pF。改動后為：兩只相同型號1500pF電容串聯后再與兩只相同型號2500pF串聯后的電容并聯，總電容仍為2000pF。即：C4=1500pF/2+2500pF/2=2000pF。

故障分析：天調網絡中的電容要承受大電流、高功率及網絡諧振形成尖峰電壓的沖擊，又由于構成網絡的電容、電感已使用多年，自身材質老化等原因而造成發熱爆裂，使天線輸入阻抗和饋線特性阻抗失諧。改動后的電路采取的是把電容進行串聯和并聯進行混聯，電容串并混聯具有分壓分流的作用，減輕了電感、電容的承載能力。

下面對電容的串并聯的分流分壓作用進行詳細分析：

電容串聯分壓原理分析：電容串聯的容抗是所有串聯電容容抗的總和，即電容串聯時容抗增大。容抗增大就會使電流減小，電流減小又會使每個電容容抗產生的電壓降減小，這樣電容串聯就像電阻串聯分壓一樣，所以電容器串聯具有分壓的作用。在發生故障的匹配網絡中，我們首先用相同型號、相同容量的電容器串聯后容量減少了，但是它的耐壓值增加了，再通過并聯電容使總容量不變。N個相同型號的電容串聯后的總容量是其中一只電容容量的倍，總的耐壓值是其中一只電容的耐壓值得n倍。計算公式是：C總=C，U總=nU。在此次故障處理中我們用多個電容器代替一個或兩個電容，提高了電路的耐壓能力。

電容并聯分流原理分析：電容并聯時，相當于極板的面積增大了，又因電容和面積成正比，面積增大，電容容量增大。容量相等、耐壓相等的n個電容并聯，總容量等于其中一只電容容量的n倍，總電流等于其中一只電容電流的n倍，電容并聯后，支路增加，如同電阻并聯具有分流作用一樣，電容并聯同樣有分流作用。

故障現象二：發射頻率為540kHz、輸出功率為10kW的DAM數字調幅發射機在運行中，前面板天線駐波比和網絡駐波比顯示紅燈，同時發射機掉高壓，無法開機。

故障檢查：從發射機工作狀態及面板顯示初步判斷，發射機掉高壓可能是由于發射機輸出網絡與天調網絡嚴重失配引起的。維護人員在天調室天調網絡架上發現540kHz匹配網絡中的串聯電感線圈L3下端的支撐膠木板支架（靠近柜架邊沿）燒焦碳化。

故障原因分析：本臺技術人員會同天調網絡生產廠家（四川凌豐責任有限公司）調機專家對故障進行了研判，根據經驗判斷分析應該是“回路渦流效應”造成的。

“回路渦流效應”是指某高頻信號在一個閉合回路中瞬間形成一高頻電流，起始狀態電流比較小，但是不斷的像渦流那樣電流逐漸增大，最后形成使電器設備擊穿或破壞性電流。

我臺天調網絡形成“回路渦流效應”的根源是頻率為540kHz的高頻載波信號在深度調制狀態時產生高頻大電流，這時通過電感線圈L3（直立在桌面上）的下支撐膠木與桌面的邊沿角鋼（橫邊、左豎、右豎）及側面拉撐，四邊都在同一個側面形成長方形渦流回路，形成回路電流。

天饋系統中的匹配網絡各器件要承載大電流，在高功率情況下電感線圈與放置天饋網絡支架桌子桌面的角鋼形成回路電流，產生拉弧，將其一端的絕緣材料膠木板支架燒焦，天饋網絡與天線輸入阻抗嚴重失諧，從而導致駐波增大，發射機保護電路動作強制關機。

故障處理：因發生故障的天饋系統為獨立播出使用，無備用天饋系統替代，為了盡快恢復播出，用一根木棒代替膠木板將L3支撐起來，暫時維持播出。等播出結束后再進行維修處理。維修人員通過對發射機故障原因分析，做了以下改動：用兩根長2m、寬12cm、厚1.2cm的膠木板替換上下兩層網絡支架桌同一側的上下兩根橫著的角鋼以阻斷電流回路。回路電流1通過桌面四根角鐵形成；回路電流2通過固定支架桌中間平拉的四根角鋼（與地面平行）形成，同時對L3接觸點的螺絲緊固，發射機開機后正常運行，故障排除。