調頻廣播的天饋線(xiàn)
調頻廣播的天饋線(xiàn)
摘 要：天饋線(xiàn)是調頻廣播系統的重要組成部分，它的性能直接決定了調頻發(fā)射機的播出質(zhì)量和覆蓋范圍。
本文介紹了調頻廣播的輻射特點(diǎn)，分析了常見(jiàn)調頻天線(xiàn)、功分器和主饋線(xiàn)的工作原理，并對天饋線(xiàn)系統的維護提出了建議。
關(guān)鍵詞：輻射特點(diǎn);主饋線(xiàn);功率分配器
一、輻射特點(diǎn)
調頻廣播的頻段屬于甚高頻，頻率范圍是87MHz～108MHz。
頻率相對較高導致其向天空輻射時(shí)容易穿透電離層，沒(méi)有反射回地面，形不成天波。
同時(shí)沿地面傳播時(shí)衰減快，也構不成服務(wù)。
因此調頻廣播依靠空間波輻射，輻射范圍在天線(xiàn)的視距內，接收場(chǎng)強為地面反射波和天線(xiàn)直射波的合成。
為了提高調頻廣播的輻射范圍，提高有效地的覆蓋功率，通常把天線(xiàn)安裝在距離地面很高的建筑物上。
調頻廣播可以選擇垂直極化波、水平極化波或圓極化波。
由于調頻廣播每套節目占用帶寬較窄，因此調頻天線(xiàn)的頻帶相對很寬。
在天饋線(xiàn)系統滿(mǎn)足一定帶寬和功率容量的要求下可以使用一部天線(xiàn)，通過(guò)多工器實(shí)現電臺的多套節目同時(shí)播出。
二、調頻天線(xiàn)
根據調頻廣播電臺的發(fā)射機功率，節目套數占據的帶寬，架設天線(xiàn)高度、天線(xiàn)極化方式及輻射范圍要求來(lái)選擇調頻天線(xiàn)的類(lèi)型，常見(jiàn)適合中小功率電臺的調頻天線(xiàn)有單偶極子天線(xiàn)、雙偶極子天線(xiàn)和蝙蝠翼天線(xiàn)。
1 單偶極子天線(xiàn)
單偶極子天線(xiàn)的極化方式為垂直極化，輻射垂直極化波，適用于整個(gè)調頻頻段范圍。
通常單偶極子天線(xiàn)由鋁合金管制成的帶平衡轉換器的饋電系統和一對半振子制成，一般在振子軸線(xiàn)方向安裝2或4個(gè)單偶極子天線(xiàn)單元和支撐鋼管共同組成調頻天線(xiàn)，每層天線(xiàn)單元之間的距離一般為0.7～0.8λ，因此天線(xiàn)具有很高的增益水平，在垂直面內具有很強的方向性，水平范圍內無(wú)方向散射。
受支撐鋼管和天線(xiàn)所在建筑物影響其水平方向圖可能不是理想的圓。
單偶極子天線(xiàn)的輸入阻抗為50Ω，因此為天線(xiàn)單元饋電的功分器和分支電纜也是50Ω，天線(xiàn)在整個(gè)頻段內的駐波比小于1.25。
單偶極子天線(xiàn)的成本低廉，容易安裝，適用于節目套數少的中小功率電臺。
2 雙偶極板天線(xiàn)
雙偶極板天線(xiàn)由不銹鋼管或鋁合金制成，由兩對平行的半波偶極子及反射板構成，兩對半波偶極子的距離為λ/2，中間是帶有玻璃鋼保護的聚四氟乙烯絕緣材料，反射板由不銹鋼材料制成提高了抗風(fēng)能力。
反射板使雙偶極子天線(xiàn)的方向性增強，它的半場(chǎng)強角寬度可達90°，因此雙偶極板天線(xiàn)單元可以組合安裝在鐵塔的四面，采用90°相差及偏置方式饋電，阻抗匹配容易實(shí)現，在水平面可獲得很好的方向圖。
雙偶極板天線(xiàn)單元也可以采用不同的面數在不同方向的方式組合安裝來(lái)實(shí)現想要獲得的水平方向圖，選擇合理的覆蓋范圍。
視天線(xiàn)安裝方式，可以做垂直極化天線(xiàn)使用也可以按水平極化天線(xiàn)使用。
雙偶極板天線(xiàn)的輸入阻抗50Ω，整個(gè)頻帶內的駐波比低于1.15，增益達7.5dB。
3 蝙蝠翼天線(xiàn)
蝙蝠翼天線(xiàn)采用水平極化方式，頻帶相對較寬，風(fēng)荷載小，是調頻電臺廣泛使用的天線(xiàn)。
天線(xiàn)的每層有4個(gè)振子翼互相垂直安裝在桅桿周?chē)�，成兩對正交對稱(chēng)振子，因此蝙蝠翼天線(xiàn)的輻射在水平面內無(wú)方向。
蝙蝠翼天線(xiàn)的水平面方向圖圓度較好，使用多層蝙蝠翼天線(xiàn)可以增強垂直面內的方向性，因此可根據增益需要和支撐桅桿的強度來(lái)確定安裝層數，一般中小功率電臺選2～4層。
蝙蝠翼天線(xiàn)振子通過(guò)75Ω分支電纜饋電，電纜芯和振子翼中心饋電點(diǎn)依靠T型跳接銅片相連。
電纜外導體與桅桿相連。
全部分支電纜的另一端接功分變阻器，功分器的輸出端口與主饋線(xiàn)連接。
每層的4個(gè)振子翼的饋電電流幅度相等，相位相差90°，4根分支電纜長(cháng)度相差λ/4。
利用這種饋電方式改善了蝙蝠翼天線(xiàn)同層并聯(lián)電纜的阻抗匹配，提高了天線(xiàn)的帶寬。
蝙蝠翼天線(xiàn)的缺點(diǎn)是必須安裝在大型桅桿上(鐵塔頂部)，安裝調試和維護困難。
三、功率分配器
功率分配器把輸入端的射頻功率平均分配至各輸出支路端口，同時(shí)將輸出端口與相連的饋線(xiàn)分支電纜的特性阻抗進(jìn)行匹配。
功率分配器的結構包括輸入輸出接口和一組同軸的阻抗變換器，功率分配器的輸入端阻抗為50Ω，并聯(lián)輸出端的阻抗與端口數量和所接饋線(xiàn)分支電纜的特性有關(guān)，因此功率分配器的輸入輸出端口之間必須進(jìn)行阻抗變換。
四路功率分配器是最常用的功分器，有四個(gè)輸出端口(4∶1變阻器)。
其他還有八路功分器、六路功分器和二路功分器。
功率分配器中的阻抗變換器由2～4節阻抗變換線(xiàn)構成，每節阻抗變換線(xiàn)的長(cháng)度為λ/4，阻抗變換器的總節數由輸入輸出阻抗變換比、駐波比和工作帶寬決定。
在阻抗變換比一定的條件下，節數越多，功率分配器的駐波比和帶寬指標越好，但功率分配器的制作成本也增加。
選擇功率分配器時(shí)不僅要考慮其功率容量，工作帶寬和最大駐波比，還要注意功率分配器的輸入和輸出接口的規格。
通常符合國際標準的規格有N型和ELA法蘭型接頭，我國還有L型系列標準，如L16、L27、L56等。
功率分配器在出廠(chǎng)時(shí)都經(jīng)過(guò)了專(zhuān)用儀器調整測試，一般駐波比都小于1.05，插芯與外導體之間的絕緣阻值超過(guò)200MΩ。
四、主饋線(xiàn)
調頻發(fā)射天線(xiàn)的主饋線(xiàn)的特性阻抗通常為50Ω，一般選擇駐波比低、損耗小的SDY系列聚乙烯螺旋絕緣皺紋銅管RF電纜，調頻電臺通常選用SDY―50-37―3和SDY―50―80―3型號RF電纜作為主饋線(xiàn)。
選擇饋線(xiàn)電纜時(shí)要注意4方面的要求。
一是電纜在工作頻帶內的功率容量要高于相連的多工器輸出功率，且有足夠的工作余量。
射頻電纜的標稱(chēng)功率值設計在環(huán)境溫度40℃，所以要考慮溫度上升時(shí)功率下降的因素，環(huán)境溫度上升到50℃時(shí)，電纜承受的功率將降低18%。
二是選擇的射頻電纜滿(mǎn)足調頻和電視發(fā)射天線(xiàn)系統的技術(shù)標準(GY/T5051―94)關(guān)于主饋線(xiàn)功率損耗的要求要小于2.5db，電纜終端接50Ω負載時(shí)在調頻段范圍內測試的駐波比要低于1.08。
考慮到RF電纜的直徑和單位長(cháng)度與衰減之間的關(guān)系，如果發(fā)射天線(xiàn)與發(fā)射機房較遠，主饋線(xiàn)電纜較長(cháng)，要盡量選擇直徑大一點(diǎn)的射頻電纜，降低射頻電纜長(cháng)度帶來(lái)的功率衰減。
三是選擇的射頻電纜的內外導體的電氣絕緣性能要大于500MΩ，特別是一些功率較大且環(huán)境潮濕地區的調頻電臺。
為了保持主饋線(xiàn)良好的電氣性能，需要定期為饋線(xiàn)電纜沖入30kPA的氮氣或惰性氣體，同時(shí)要采取密封措施，保證電纜和相關(guān)接頭的氣密性良好。
五、調頻天饋線(xiàn)系統的維護
隨著(zhù)功率的增加，調頻天線(xiàn)的高度越來(lái)越高，天饋線(xiàn)系統的維護難度也越來(lái)越大，維護管理水平已成為保證安全播出的重要因素之一。
調頻天線(xiàn)架設在幾十米至幾百米的空中，風(fēng)的作用將導致天線(xiàn)的機械振動(dòng)不止，天線(xiàn)的金屬緊固件長(cháng)期處于疲勞工作狀態(tài)，此外受溫度變化導致的熱脹冷縮、濕度及酸雨等帶來(lái)的影響，天饋線(xiàn)上的金屬器件的銹蝕加快，絕緣材料老化嚴重。
同時(shí)由于天線(xiàn)在高空，技術(shù)維護人員不可能經(jīng)常上去維修檢查，天線(xiàn)出現故障隱患不容易及時(shí)發(fā)現。
調頻天饋線(xiàn)系統維護的日常做法要從兩個(gè)方面著(zhù)手，一方面要注意監視機房一側主饋線(xiàn)的駐波比，另一方面要定期檢測饋線(xiàn)的絕緣電器性能。
當發(fā)現天線(xiàn)駐波比出現較大的變化后要及時(shí)查找原因處理，直到駐波比恢復到正常水平范圍。
查找故障原因的辦法可以采用分段查找的辦法：先測試主饋線(xiàn)的駐波情況，在主饋線(xiàn)終端接50Ω標準負載，從主饋線(xiàn)的輸入端測量來(lái)測試駐波比，檢查是主饋線(xiàn)有問(wèn)題還是后級問(wèn)題，如果主饋線(xiàn)駐波比在正常范圍則問(wèn)題出在天線(xiàn)，測量功率分配器和連接的分支電纜，甚至天線(xiàn)單元，這項工作根據條件可選擇塔上測量或塔下測量。
根據經(jīng)驗通常天線(xiàn)駐波大多發(fā)生在雨雪天過(guò)后，天饋線(xiàn)的分支電纜和功分器的接頭受潮進(jìn)水，絕緣電阻降低甚至短路，用熱風(fēng)槍將潮氣吹出后要重新密封。
定期檢驗饋線(xiàn)的絕緣性能，絕緣阻值至少大于100MΩ。
發(fā)現絕緣阻值降低，檢查饋線(xiàn)外導體的接地情況，檢查各個(gè)接頭是否存在過(guò)熱或緊固不牢，饋線(xiàn)電纜內的氣壓是否過(guò)低，以及天線(xiàn)各部件的銹蝕和老化情況。
另外要處理好天饋線(xiàn)的接地和防雷設施，主饋線(xiàn)的外導體要和地線(xiàn)用寬銅皮連接，尤其是雷雨天氣頻繁地區，要將在主饋線(xiàn)進(jìn)入機房之前將外導體與地線(xiàn)連好。
結語(yǔ)
隨著(zhù)調頻廣播的快速發(fā)展，調頻廣播已是目前的重要的廣播覆蓋方式。
調頻天饋線(xiàn)系統保持良好的工作性能決定了安全的播出質(zhì)量，電臺維護人員對天饋線(xiàn)系統的維護要特別重視。
參考文獻
[1]文一平，陳小珊.調頻廣播天饋線(xiàn)系統的改造[J].Radio & Tv Broadcast Engineering， 2006(07)： 124-125.
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