调频广播的天馈线

时间：2021-02-01 17:58:57 电大毕业论文我要投稿

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调频广播的天馈线

　　调频广播的天馈线

　　摘要：天馈线是调频广播系统的重要组成部分，它的性能直接决定了调频发射机的播出质量和覆盖范围。

　　本文介绍了调频广播的辐射特点，分析了常见调频天线、功分器和主馈线的工作原理，并对天馈线系统的维护提出了建议。

　　关键词：辐射特点;主馈线;功率分配器

　　一、辐射特点

　　调频广播的频段属于甚高频，频率范围是87MHz～108MHz。

　　频率相对较高导致其向天空辐射时容易穿透电离层，没有反射回地面，形不成天波。

　　同时沿地面传播时衰减快，也构不成服务。

　　因此调频广播依靠空间波辐射，辐射范围在天线的视距内，接收场强为地面反射波和天线直射波的合成。

　　为了提高调频广播的辐射范围，提高有效地的覆盖功率，通常把天线安装在距离地面很高的建筑物上。

　　调频广播可以选择垂直极化波、水平极化波或圆极化波。

　　由于调频广播每套节目占用带宽较窄，因此调频天线的频带相对很宽。

　　在天馈线系统满足一定带宽和功率容量的要求下可以使用一部天线，通过多工器实现电台的多套节目同时播出。

　　二、调频天线

　　根据调频广播电台的发射机功率，节目套数占据的带宽，架设天线高度、天线极化方式及辐射范围要求来选择调频天线的类型，常见适合中小功率电台的调频天线有单偶极子天线、双偶极子天线和蝙蝠翼天线。

　　1 单偶极子天线

　　单偶极子天线的极化方式为垂直极化，辐射垂直极化波，适用于整个调频频段范围。

　　通常单偶极子天线由铝合金管制成的带平衡转换器的馈电系统和一对半振子制成，一般在振子轴线方向安装2或4个单偶极子天线单元和支撑钢管共同组成调频天线，每层天线单元之间的距离一般为0.7～0.8λ，因此天线具有很高的增益水平，在垂直面内具有很强的方向性，水平范围内无方向散射。

　　受支撑钢管和天线所在建筑物影响其水平方向图可能不是理想的圆。

　　单偶极子天线的输入阻抗为50Ω，因此为天线单元馈电的功分器和分支电缆也是50Ω，天线在整个频段内的驻波比小于1.25。

　　单偶极子天线的成本低廉，容易安装，适用于节目套数少的中小功率电台。

　　2 双偶极板天线

　　双偶极板天线由不锈钢管或铝合金制成，由两对平行的半波偶极子及反射板构成，两对半波偶极子的距离为λ/2，中间是带有玻璃钢保护的聚四氟乙烯绝缘材料，反射板由不锈钢材料制成提高了抗风能力。

　　反射板使双偶极子天线的方向性增强，它的半场强角宽度可达90°，因此双偶极板天线单元可以组合安装在铁塔的四面，采用90°相差及偏置方式馈电，阻抗匹配容易实现，在水平面可获得很好的方向图。

　　双偶极板天线单元也可以采用不同的面数在不同方向的方式组合安装来实现想要获得的水平方向图，选择合理的覆盖范围。

　　视天线安装方式，可以做垂直极化天线使用也可以按水平极化天线使用。

　　双偶极板天线的输入阻抗50Ω，整个频带内的驻波比低于1.15，增益达7.5dB。

　　3 蝙蝠翼天线

　　蝙蝠翼天线采用水平极化方式，频带相对较宽，风荷载小，是调频电台广泛使用的天线。

　　天线的每层有4个振子翼互相垂直安装在桅杆周围，成两对正交对称振子，因此蝙蝠翼天线的辐射在水平面内无方向。

　　蝙蝠翼天线的水平面方向图圆度较好，使用多层蝙蝠翼天线可以增强垂直面内的方向性，因此可根据增益需要和支撑桅杆的强度来确定安装层数，一般中小功率电台选2～4层。

　　蝙蝠翼天线振子通过75Ω分支电缆馈电，电缆芯和振子翼中心馈电点依靠T型跳接铜片相连。

　　电缆外导体与桅杆相连。

　　全部分支电缆的另一端接功分变阻器，功分器的输出端口与主馈线连接。

　　每层的4个振子翼的馈电电流幅度相等，相位相差90°，4根分支电缆长度相差λ/4。

　　利用这种馈电方式改善了蝙蝠翼天线同层并联电缆的阻抗匹配，提高了天线的带宽。

　　蝙蝠翼天线的缺点是必须安装在大型桅杆上(铁塔顶部)，安装调试和维护困难。

　　三、功率分配器

　　功率分配器把输入端的射频功率平均分配至各输出支路端口，同时将输出端口与相连的馈线分支电缆的特性阻抗进行匹配。

　　功率分配器的结构包括输入输出接口和一组同轴的阻抗变换器，功率分配器的输入端阻抗为50Ω，并联输出端的阻抗与端口数量和所接馈线分支电缆的特性有关，因此功率分配器的输入输出端口之间必须进行阻抗变换。

　　四路功率分配器是最常用的功分器，有四个输出端口(4∶1变阻器)。

　　其他还有八路功分器、六路功分器和二路功分器。

　　功率分配器中的阻抗变换器由2～4节阻抗变换线构成，每节阻抗变换线的长度为λ/4，阻抗变换器的总节数由输入输出阻抗变换比、驻波比和工作带宽决定。

　　在阻抗变换比一定的条件下，节数越多，功率分配器的驻波比和带宽指标越好，但功率分配器的制作成本也增加。

　　选择功率分配器时不仅要考虑其功率容量，工作带宽和最大驻波比，还要注意功率分配器的输入和输出接口的规格。

　　通常符合国际标准的规格有N型和ELA法兰型接头，我国还有L型系列标准，如L16、L27、L56等。

　　功率分配器在出厂时都经过了专用仪器调整测试，一般驻波比都小于1.05，插芯与外导体之间的绝缘阻值超过200MΩ。

　　四、主馈线

　　调频发射天线的主馈线的特性阻抗通常为50Ω，一般选择驻波比低、损耗小的SDY系列聚乙烯螺旋绝缘皱纹铜管RF电缆，调频电台通常选用SDY―50-37―3和SDY―50―80―3型号RF电缆作为主馈线。

　　选择馈线电缆时要注意4方面的要求。

　　一是电缆在工作频带内的功率容量要高于相连的多工器输出功率，且有足够的工作余量。

　　射频电缆的标称功率值设计在环境温度40℃，所以要考虑温度上升时功率下降的因素，环境温度上升到50℃时，电缆承受的'功率将降低18%。

　　二是选择的射频电缆满足调频和电视发射天线系统的技术标准(GY/T5051―94)关于主馈线功率损耗的要求要小于2.5db，电缆终端接50Ω负载时在调频段范围内测试的驻波比要低于1.08。

　　考虑到RF电缆的直径和单位长度与衰减之间的关系，如果发射天线与发射机房较远，主馈线电缆较长，要尽量选择直径大一点的射频电缆，降低射频电缆长度带来的功率衰减。

　　三是选择的射频电缆的内外导体的电气绝缘性能要大于500MΩ，特别是一些功率较大且环境潮湿地区的调频电台。

　　为了保持主馈线良好的电气性能，需要定期为馈线电缆冲入30kPA的氮气或惰性气体，同时要采取密封措施，保证电缆和相关接头的气密性良好。

　　五、调频天馈线系统的维护

　　随着功率的增加，调频天线的高度越来越高，天馈线系统的维护难度也越来越大，维护管理水平已成为保证安全播出的重要因素之一。

　　调频天线架设在几十米至几百米的空中，风的作用将导致天线的机械振动不止，天线的金属紧固件长期处于疲劳工作状态，此外受温度变化导致的热胀冷缩、湿度及酸雨等带来的影响，天馈线上的金属器件的锈蚀加快，绝缘材料老化严重。

　　同时由于天线在高空，技术维护人员不可能经常上去维修检查，天线出现故障隐患不容易及时发现。

　　调频天馈线系统维护的日常做法要从两个方面着手，一方面要注意监视机房一侧主馈线的驻波比，另一方面要定期检测馈线的绝缘电器性能。

　　当发现天线驻波比出现较大的变化后要及时查找原因处理，直到驻波比恢复到正常水平范围。

　　查找故障原因的办法可以采用分段查找的办法：先测试主馈线的驻波情况，在主馈线终端接50Ω标准负载，从主馈线的输入端测量来测试驻波比，检查是主馈线有问题还是后级问题，如果主馈线驻波比在正常范围则问题出在天线，测量功率分配器和连接的分支电缆，甚至天线单元，这项工作根据条件可选择塔上测量或塔下测量。

　　根据经验通常天线驻波大多发生在雨雪天过后，天馈线的分支电缆和功分器的接头受潮进水，绝缘电阻降低甚至短路，用热风枪将潮气吹出后要重新密封。

　　定期检验馈线的绝缘性能，绝缘阻值至少大于100MΩ。

　　发现绝缘阻值降低，检查馈线外导体的接地情况，检查各个接头是否存在过热或紧固不牢，馈线电缆内的气压是否过低，以及天线各部件的锈蚀和老化情况。

　　另外要处理好天馈线的接地和防雷设施，主馈线的外导体要和地线用宽铜皮连接，尤其是雷雨天气频繁地区，要将在主馈线进入机房之前将外导体与地线连好。

　　结语

　　随着调频广播的快速发展，调频广播已是目前的重要的广播覆盖方式。

　　调频天馈线系统保持良好的工作性能决定了安全的播出质量，电台维护人员对天馈线系统的维护要特别重视。

　　参考文献

　　[1]文一平，陈小珊.调频广播天馈线系统的改造[J].Radio & Tv Broadcast Engineering， 2006(07)： 124-125.

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