張紅海

（國(guó)家新聞出版廣電總局四九一臺(tái)，北京，100121）

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150KW短波發(fā)射機(jī)駐波比過(guò)大難題的解決

張紅海

（國(guó)家新聞出版廣電總局四九一臺(tái)，北京，100121）

摘要：本文主要探討150kW短波發(fā)射機(jī)的天饋線匹配問(wèn)題，主要通過(guò)對(duì)發(fā)射機(jī)天饋系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)試,找出阻抗失配原因及位置,利用改變?cè)邢到y(tǒng)阻抗達(dá)到使發(fā)射機(jī)-饋線-天線的良好匹配。

關(guān)鍵詞：駐波比；饋線及設(shè)計(jì)；特性阻抗

0　引言

通過(guò)借助室外天線交換開關(guān)改造工程，重新設(shè)計(jì)，改變?cè)伨€路由及長(zhǎng)度，調(diào)整天線開關(guān)位置,改變饋線出口到開關(guān)角度,使饋線的路由、長(zhǎng)度、角度與理論值更為接近，實(shí)測(cè)駐波比大大減少。

1　理論分析

1.1天饋系統(tǒng)的匹配

天線本身性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起決定性作用。發(fā)射機(jī)、平衡轉(zhuǎn)換器、高頻傳輸線、天線轉(zhuǎn)換開關(guān)與天線匹配好壞，直接影響天線性能的發(fā)揮。從發(fā)射機(jī)到天線，各部分的阻抗要保持連續(xù)性，如果不連續(xù)就要引入設(shè)備（如平衡變換器）使之連續(xù)，這就是阻抗匹配。阻抗匹配的意義就是使天線獲得最大的輻射功率，減小反射損耗，保持發(fā)射源的穩(wěn)定。當(dāng)高頻傳輸線與天線不匹配時(shí)表現(xiàn)為：天線駐波比VSWR增大，發(fā)射機(jī)和天線的利用率將降低，有效服務(wù)區(qū)將減小。此時(shí)天線阻抗存在很大電抗分量，較大的反射功率回灌發(fā)射機(jī)，使得發(fā)射機(jī)末級(jí)器件可能需要承受較大的過(guò)電壓，造成射頻末級(jí)功率器件的損壞，發(fā)射機(jī)穩(wěn)定度降低，因此，將VSWR控制在較低的數(shù)值，是必要的。

1.2影響天饋系統(tǒng)失配原因

造成駐波比較大的幾大因素有：天線參數(shù)，饋線參數(shù)，轉(zhuǎn)換開關(guān)參數(shù)，安裝質(zhì)量。實(shí)際工作中有很多影響VSWR的因素，如饋線中存在的阻抗突變點(diǎn)、饋線與其它設(shè)備的連接點(diǎn)接觸不良、跳線的轉(zhuǎn)折角度不和適、饋線與無(wú)關(guān)導(dǎo)體靠近、發(fā)射機(jī)與饋線失配、饋線與天線失配等，這些都會(huì)使電波在傳輸線上產(chǎn)生損耗和造成能量吸收。

首先分析天線，要使天線發(fā)射的電磁場(chǎng)最強(qiáng)，一是發(fā)射頻率必須和天線的固有頻率相同，二是驅(qū)動(dòng)點(diǎn)要選在天線的適當(dāng)位置。如果驅(qū)動(dòng)點(diǎn)不恰當(dāng)而天線與信號(hào)頻率諧振，效果會(huì)略受影響，但是如果天線與信號(hào)頻率不諧振，則發(fā)射效率會(huì)大打折扣。所以，在天線匹配需要做到的兩點(diǎn)中，諧振是最關(guān)鍵的因素。任何一副天線都不可能在工作頻段內(nèi)調(diào)配成純電阻，所以，在某些頻點(diǎn)，天線會(huì)有容抗分量或感抗分量，統(tǒng)稱電抗分量，特別是在天線的截止頻率附近，電抗分量更大，天線一旦架設(shè)固定，要求系統(tǒng)去適應(yīng)它。一般情況下是通過(guò)改變平衡轉(zhuǎn)換器的參數(shù)來(lái)平衡電抗分量的改變。如果效果不理想，就要通過(guò)調(diào)整饋線特性阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配。

其次分析饋線，本機(jī)使用六線式籠型饋線平行兩股饋送，其特性阻抗公式如下：

其中：DC為籠型饋線直徑；DEC為籠型饋線等效直徑；de為單根導(dǎo)線直徑；D為兩籠型饋線間距；n為籠型饋線導(dǎo)線根數(shù)。

實(shí)際使用D為400mm，de為4mm，n為6根，DC為79.6mm代入公式計(jì)算結(jié)果為300歐姆。在決定饋線阻抗的幾個(gè)關(guān)鍵因素中，只有D受環(huán)境影響概率較高，只要饋線滿足直線平行，其特性阻抗基本不變。但在實(shí)際使用中饋線饋線因長(zhǎng)度、環(huán)境、材質(zhì)等諸多復(fù)雜因素的影響，其特性阻抗不會(huì)是理想的。

另外，平衡/不平衡阻抗變換器在系統(tǒng)中作用為阻抗變換（不平衡50歐姆轉(zhuǎn)為平衡300歐姆），將發(fā)射機(jī)不平衡輸出轉(zhuǎn)換為平衡輸出。通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)換器參數(shù)（感抗和容抗）進(jìn)行補(bǔ)償，使發(fā)射機(jī)與天饋線的電抗分量相互抵消，達(dá)到純阻狀態(tài)，即共厄匹配。對(duì)于15MHz的高頻頻段，系統(tǒng)阻抗中感抗增加，通過(guò)調(diào)整匹配器參數(shù)（7路電容，匹配器短路接地），均補(bǔ)償不夠，就需考慮其他部位。

最后說(shuō)說(shuō)天線交換開關(guān)。天線交換開關(guān)的作用是能使發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)接到不同的天線，以滿足換頻及不同服務(wù)區(qū)的需要。對(duì)交換開關(guān)的技術(shù)要求是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量反射要小。為了使交換開關(guān)在系統(tǒng)中不引起較大反射，在發(fā)射機(jī)與天線之間交換接點(diǎn)數(shù)量應(yīng)盡量少。交換開關(guān)理論上屬于傳輸線一部分，因?yàn)樵诟哳l電路中，即使接入一小段短路線，也可能引起很大能量反射。所以系統(tǒng)反射較大，駐波比增高，天線轉(zhuǎn)換開關(guān)質(zhì)量是重要因素。

2　問(wèn)題判斷

通過(guò)以上分析，我們將最大可能出現(xiàn)問(wèn)題位置定在了饋線路由、長(zhǎng)度及天線交換開關(guān)，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)分段測(cè)量特性阻抗。這一過(guò)程和計(jì)算將用于分析平衡饋線。先前用傳輸線輸入阻抗的計(jì)算方法，獲得了特性阻抗。現(xiàn)在通過(guò)測(cè)試來(lái)獲取特性阻抗。

實(shí)際VSWR測(cè)量

首先利用實(shí)際頻段，開路、短路及特定負(fù)載條件下，采用標(biāo)準(zhǔn)連接器校準(zhǔn)VNA。通過(guò)在測(cè)試頻帶采用掃頻測(cè)試信號(hào)來(lái)對(duì)散射參數(shù)(S參數(shù))進(jìn)行測(cè)量。利用輸入阻抗和反射系數(shù)參數(shù)測(cè)量來(lái)對(duì)反射特性進(jìn)行分析。

假設(shè)發(fā)射機(jī)端發(fā)出的信號(hào)功率恒定不變。反射回發(fā)射機(jī)的信號(hào)功率的增加將會(huì)導(dǎo)致到達(dá)負(fù)載端信號(hào)功率的相應(yīng)減少。饋線上傳輸?shù)碾姶挪ㄓ龅浇K端時(shí)，由于阻抗不匹配就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)反射現(xiàn)象。反射系數(shù)Γ由下式計(jì)算 ：

當(dāng)ZL=ZO時(shí)即為阻抗匹配，反射系數(shù)為0。將反射系數(shù)帶入下式來(lái)計(jì)算：

在計(jì)算VSWR時(shí)需要利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA分析信號(hào)的入射、反射和合成波。在分析儀上觀察天饋系統(tǒng)中傳輸信號(hào)的入射、反射、傳輸和駐波的波形。在第一個(gè)時(shí)刻，信號(hào)輸出波形是一個(gè)正弦波，它與反射信號(hào)同相，這也可能是最大的駐波幅值。在第二個(gè)時(shí)刻，入射波與反射波的相位彼此相差180度。因此，這時(shí)的駐波幅值可能是最小的。如果已知駐波的最大幅值和最小幅值，那么系統(tǒng)的實(shí)際VSWR就可以按照下式計(jì)算出來(lái)了：

3　改進(jìn)措施

3.1新開關(guān)選型

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，北京中廣廣播電視工程有限公司生產(chǎn)的天線交換開關(guān)。該交換開關(guān)為室內(nèi)型，室內(nèi)饋線加裝屏蔽，開關(guān)連接方式為硬饋直接饋線間距300mm，駐波比小。

3.2安裝調(diào)整

（1）依照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行饋線路由走向的確定。交換開關(guān)選型、定位。

（2）完成交換開關(guān)的連接和安裝以及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測(cè)試及調(diào)整，接入總控制系統(tǒng)。

（3）各控制信號(hào)線與天饋線控制系統(tǒng)的連接，進(jìn)行線路復(fù)查核對(duì)，接線無(wú)誤后再進(jìn)行通電測(cè)試。

3.3系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試調(diào)整

電控功能倒換測(cè)試，包括將手動(dòng)/自動(dòng)倒換開關(guān)置于手動(dòng)位置，接通控制電源，查看天線交換開關(guān)位置指示，反復(fù)按下倒換按鈕進(jìn)行倒換，觀察交換開關(guān)接點(diǎn)、限位開關(guān)的接觸情況，指示開關(guān)位置。

自動(dòng)切換功能測(cè)試：將電動(dòng)/自動(dòng)倒換開關(guān)置于自動(dòng)位置，利用運(yùn)行圖控制開關(guān)自動(dòng)倒換。

發(fā)射機(jī)運(yùn)行保護(hù)功能測(cè)試：外部聯(lián)鎖保護(hù)測(cè)，發(fā)射機(jī)工作在有功率輸出狀態(tài)下天饋線切換系統(tǒng)不能操作保護(hù)功能測(cè)試。

4　結(jié)論

發(fā)射機(jī)運(yùn)行參數(shù)其參數(shù)穩(wěn)定，工作狀態(tài)正常。自啟用以來(lái)，發(fā)射機(jī)指標(biāo)符合要求，15MHz頻段駐波比明顯減小，發(fā)射機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定。天線頻段11MHz—17MHz范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，駐波比均較小，在12MHz—16MHz頻段范圍內(nèi)，駐波比為1.05—1.3范圍之間，播音的15MHz的駐波比為1.15，發(fā)射機(jī)未出現(xiàn)因駐波比故障引起燒壞大型器件事件。

150KW short wave transmitter in Bobbi too big problem solving

Zhang Honghai
（State Press and Publication Administration of radio 491，Beijing，100121）

Abstract：This paper mainly discusses the 150KW shortwave transmitter antenna feeder matching problem, mainly through the transmitter antenna system parameters test, find out the impedance mismatch causes and location of distribution by changing the impedance of the original system to make good match transmitter feeder antenna.

Keywords：Bobbi;feeder and design;characteristic impedance