廣播電視發射天線技術及其應用研究

劉嘉

（煙臺廣播電視臺，山東煙臺 264000）

0.引言

伴隨著國民經濟的快速發展以及科學技術的飛速進步，廣播電視發射天線在各方面不斷地完善和更新，進一步推動了廣播電視技術的提升。然而天線的實際運用和維護中，還是會受到地形、天氣、電磁干擾等不同因素的干擾，從而影響廣播電視的播出效果。煙臺廣播電視臺電視發射臺是一座調頻與電視發射臺，本文從調頻與電視發射入手，從臺站的實際出發，重點分析調頻與電視發射技術發射天線原理及其應用。

1.廣播電視天線發射的概述

1.1 廣播電視天線發射的原理

廣播電視發射原理可以簡單的歸納為：在發射機部分，廣播電視信號經發射機激勵器調制成高頻電流能量，再經過功放的再放大，最后經饋線送至相應的發射天線。發射天線將上高頻已調電流（或導波能量）轉換成空間自由傳播的電磁波能量，并將電磁波輻射到規劃接受方向。相反，在接收端，接受設備通過接收天線，將無線電波的能量轉換為高頻電流，然后進行信號解碼與播放[1]。

廣播電視發射天線的功能其實就是將各類發射機輸出的高頻電能轉換成向空間輻射的電磁波能量，并按技術規范對服務區提供符合場強標準的有效覆蓋。在發射臺發射塔和天線都是基礎性的關鍵設備。發射塔的作用是提高天線的高度，在基建或改擴建時發射塔和天線規劃的合理與否，采用設備質量的好壞，安裝工藝是否專業，設備運行維護是否及時完善，都直接影響廣播電視安全優質播出。

1.2 調頻與電視廣播的有關技術政策

我國的調頻與電視廣播是由中央、省（自治區，直轄市）、市（地、州、盟）和縣（旗）電視臺開辦的電視和調頻廣播節目組成四級混合覆蓋網，以保證全國95%以上的人口能夠看好電視、聽好廣播。

在國家無線電管理委員會劃分給調頻與電視廣播使用的頻段內，電視米波頻段48.5MHz～223MHz內設置了12個頻道，也稱為VHF頻段。電視分米波段470MHz～960MHz內設置了56個頻道，也稱為UHF頻段。并規定了各電視頻道圖象載頻和伴音載頻的頻率。在VHF頻段內，包含了調頻廣播的頻段，在UHF頻段中包含了與其他行業合用的部分。

我國的彩色電視每個電視頻道的必要帶寬為8MHz；其中圖象帶寬為6MHz；伴音載頻與圖象載頻相距6.5MHz。彩色電視的發射，圖象采用調幅方式，伴音采用調頻方式。圖象信號與伴音信號的載波功率比為10：1。我國的調頻廣播頻段為87MHz～108MHz，每個頻道的必要帶寬為200kHz，頻道間隔為100kHz的整數倍，共210個頻道，采用頻率復用制[2]。

1.3 調頻與電視廣播的視距傳播

地面電視與調頻廣播頻段的頻率范圍在48.5MHz～960MHz，在無線電波的頻譜中屬于超短波范圍。超短波傳播的特點：（1）因其頻率高、波長短，地波的衰減很大，電波穿入電離層又不能反射回地面，因此地波和天波都不能利用，而主要靠距地面10km以內的、由直射波和地面反射波組成的空間波傳播。（2）具有幾何光學的性質，視線所及的地方，電波才能達到，在視距范圍內可以穩定接收，因此也稱為視距波傳播。（3）因電波離地面較近，受地球曲率的影響，傳播距離不遠一般只有幾十公里，為了擴大服務范圍天線需要架高。但是，天線的高度主要根據服務區的大小來確定，增加天線的離地高度，遠區的場強增加，天線附近的區域場強要減小。服務區通常以視線距離為限，視線距離與接收和發射天線的關系：

設發射天線架高為h1、接收天線架高為h2，由于地球曲率的影響，當2根天線A、B間的距離r＜rv時，2根天線互相“看得見”；當r＞rv時，2根天線互相“看不見”，距離rv為收、發天線高度分別為h2和h1時的視線極限距離，簡稱視距。a為地球半徑，可推出關系式:

將地球半徑a=6.371×106m代入上式，即有

式中，單位為m。

視距傳播時，電波是地球表面傳播受到各種因素的影響，電波產生折射與衰減，并不能達到公式的理想狀態。當考慮大氣等現實因素的影響，經過實際測算，視距公式應修正為：

2.調頻與電視廣播常用天線

2.1 數字電視發射天線

現階段我國模擬電視基本全部關停，電視發射以數字地面電視為主，電視發射天線以數字電視發射天線進行介紹。其中數字電視發射天線常用的主要有UHF四偶極子天線、UHF一體型垂直極化發射天線和UHF縫隙天線。

2.1.1 UHF四偶極子天線

天線采用蝶幅式金屬振子將4個振子整合在一個反射板上，并采用大功率同軸饋電方式供電，以滿足數字地面電視發射峰值功率大的特點。饋電內導體及振子采用先進的技術工藝，反射板采不銹鋼材料，饋電保護外罩采用玻璃纖維樹脂，天線具有一致性強度、饋電損耗小、密封性能好、頻帶寬等特點。饋電系統天線單板增益要大于12dBd，駐波比小于1.10。此天線既可用于UHF頻段，也可用于數字電視廣播，如圖1所示。

圖1 四偶極子天線

2.1.2 UHF縫隙天線

縫隙天線是由諧振腔體和防護外罩組成，矩形諧振腔的寬邊開有若干個縫隙，縫隙的多少決定天線的增益。在軸線方向上2層縫隙之間的距離約一個波長，每個縫隙的長度也將近一個波長，理論計算時按照一個波長計算。每個縫隙的饋電是靠電感或電容耦合的，通過調整每個縫隙的諧振幅度的均衡從而獲得天線的最大增益。縫隙天線的饋電系統容于天線腔體的內部，因此天線的饋電接頭少，饋電緊湊，小型化，饋電損耗低，加上饋電系統全部密封在天線罩內，因此，天線具有緊湊，密封性強，穩定性高等特點，如圖2所示。

圖2 縫隙天線

2.1.3 UHF一體型垂直極化發射天線

一體型垂直極化發射天線是為適應現階段數字電視發射的特點，將振子等發射元件整合在絕緣玻璃鋼防水罩里的垂直極化的發射天線，它具有安裝簡單，占用空間小等特點，如圖3所示。

圖3 一體化垂直極化天線

2.2 調頻廣播發射天線

2.2.1 雙偶極子調頻廣播發射天線

雙偶極子天線由2對陣子組成，每對陣子約為波長的一半，即天線長度為半波波長。可以稱為半波陣子天線。雙偶極子天線的振子可水平極化，也可垂直極化。它的方向以饋電點為對稱，半波振子的中心為饋電點，阻抗為純電阻，約50Ω，如圖4所示[4]。

圖4 雙偶極子調頻發射天線

雙偶極子天線有2個特點：一是天線結構簡單合理，無任何多余元件，有較高的機械強度和穩定性，標準化天線，無需調試，安裝簡單。二是寬頻帶，駐波比小，天線的駐波比S≤1.10的范圍覆蓋了調頻87.5MHz～108MHz所有帶寬內，常用于多工器的多天線天饋線系統。天線組成天線陣時，通過相位補償饋電，天線的駐波比還能做得更低，在實際運用中，4層4面和4層6面比較常用，其中，4層4面寬帶二偶極子反射板天線系統在87.5MHz～108MHz頻率范圍內，反射損耗L≤-30dB（即駐波比S≤1.06），因此成為調頻廣播發射系統最常用的天線形式。

2.2.2 單偶極子調頻廣播發射天線

單偶極子發射天線顧名思義就是單個陣子組成。單偶極子天線的振子大部分為垂直位置，由于鐵塔的反射，方向性較雙偶極子天線更為明確，一般用于特定方向上的發射，4面的單偶極子發射天線也可以作為全方向發射，是雙偶極子天線的補充，如圖5所示。

圖5 雙偶極子調頻發射天線

3.天線常見的問題及應對措施

廣播電視發射天線技術的應用為為廣播電視安全優質播出提供了重要保障，天線質量、安裝以及運行維護的好壞，直接影響廣播電視節目傳輸的強度和質量。所以，在日常工作中，廣播電視發射天線運行和維護顯得尤為重要。但是由于發射塔的高空作業影響，天饋線的維護存在一定的困難，而在實際的廣播電視發射天線技術維護的過程中存在著一些普遍存在的問題和故障，檢測廣播電視發射天線維護的好壞，判斷廣播電視發射天線的是否有正常，都有一定的經驗和積累。天饋線的好壞可以通過天線參數進行計算，然后根據結果進行相應的判斷。下面我們就根據平常天線發射維護工作中常見的故障進行詳細闡述和講解，對廣播電視天饋線維護和故障判斷提供一些幫助。

3.1 進水故障

由于天饋線在室外，其最常見的故障就是進水。表現為雨雪天氣后發射機工作不穩定，輸出功率下降，有時會因為反射大而燒毀吸收負載。其中主功分器、分饋線、主饋管、發射天線等各接頭都很容易進水。而進水的主要原因是接頭、饋電點密封膠老化、密封不嚴或有地方龜裂。

應對進水故障措施：用充氣機經常對主饋充氣，觀察氣壓情況。如果天線安裝位置合適的情況下，在功分器分饋線連接處罩上鐵皮桶或膠皮筒，防止雨水直接澆灌接頭。除此，堅持每年上塔排查維護，及時對密封點補膠密封。

3.2 短路、開路故障

由于進水原因，天饋線短路也是常見的故障，而短路后發熱燒壞也可能造成天饋線開路，當然也存在其他情況。如分饋線老化、饋線彎曲度過大、接頭進異物等都有可能引起天饋的短路和開路現象。表現的現象一般是覆蓋不良。如果在天線系統反射正常的情況下，發現有某個或某幾個方向的覆蓋差了很多，原因可能就在分饋電纜有短路的情況。應對短路、開路故障的方法是分支電纜不能隨意捆扎，保證其彎曲半徑。

3.3 打火故障

打火故障也是天饋線存在的故障，主要表現在電視畫面上，模擬信號表現為滿屏閃爍橫細明簾子，數字信號主要反映為畫面經常出現馬賽克。2015年煙臺電視發射臺曾經出現過較大的打火故障，造成分饋器爆裂。打火故障一般有2種原因引起，一是分饋線、天線老化造成絕緣程度降低，導致擊穿打火；二是接頭處接觸不良造成打火。擊穿打火可用搖表搖出，接觸不良則不能。在實際工作中以接觸不良引起的打火故障較多。

應對打火故障的方法同樣是確保接頭的接觸良好，分支電纜按照要求綁扎。但此故障一般不常見，需要注意區分天線、多工器或發射機的故障而引發的。

總之，天饋線故障直接影響廣播電視的安全播出，加強對天饋系統的管理和維護是減少天饋線故障的有效手段。除此之外，增加巡機時間，在巡機過程觀察發射機的發射功率，駐波比有無異常，及時發現現在的天饋線問題，將故障消除在萌芽里。

4.結語

天饋系統技術在廣播電視發射中起到最后的關鍵性作用，是無線發射最后的出口，若這個出口處理不好，前期所有的努力都將付之東流。這就要求我們重視發射天線技術、在日常維護保養上下功夫。本文針對目前煙臺廣播電視臺電視發射臺天饋線的日常運用維護中出現的常見問題進行總結分析，提出了應對方法和措施，旨在為天饋線提供更好的運行和維護，降低天線的故障率，降低本臺的事故率和停播率，完成“安全、優質、不間斷”的播出任務。