毛建飛

摘 要：天線是無線電廣播系統(tǒng)重要的組成部分，文章簡要介紹了短波廣播發(fā)射機(jī)天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輻射特性，結(jié)合自身工作實(shí)踐，對(duì)大功率短波發(fā)射機(jī)天饋線系統(tǒng)運(yùn)行情況及部分故障進(jìn)行分析總結(jié)，為做好廣播發(fā)射系統(tǒng)維護(hù)工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：短波天線；工作原理；輻射；保護(hù)；維護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.193

1 引言

短波廣播是一種重要的遠(yuǎn)距離廣播方式。傳統(tǒng)的國際廣播大多采用短波廣播的方式實(shí)現(xiàn)傳輸覆蓋，天線用來發(fā)射無線電的裝置天線可定義為傳輸線中的導(dǎo)行波與自由空間里傳播的電磁波之間的電磁能轉(zhuǎn)換裝置。天線系統(tǒng)是短波廣播信號(hào)實(shí)現(xiàn)有效傳播的重要載體，關(guān)系到短波廣播信號(hào)傳輸?shù)男屎托Ч?，是安全播出工作的一個(gè)重要組成部分。

2 短波發(fā)射機(jī)天線的工作原理

天線可定義為傳輸線中的導(dǎo)行波與自由空間里傳播的電磁波之間的電磁能轉(zhuǎn)換裝置。要使波源的能量有效的從輻射體輻射并脫離輻射體本身，就必須設(shè)這個(gè)輻射體的結(jié)構(gòu)成為一個(gè)帶電的開放系統(tǒng)，也就是說這個(gè)輻射體要按照電磁波理論與特性做成耦合性、開放行傳到結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)如圖1：只有高頻電流才能產(chǎn)生高速變化的電場，才能使天線的周圍和空間里形成強(qiáng)大的位移電流。這個(gè)位移電流才能使周圍產(chǎn)生出很強(qiáng)的磁場，這個(gè)磁場隨時(shí)間的變化，又在周圍產(chǎn)生出變化的電場，即位移電流，并且在空間中相互向前推進(jìn)，從而形成向空間傳播的電磁波，在一定場強(qiáng)下，波源頻率越高，位移電流越強(qiáng)，輻射的能量就越多，而靜態(tài)電場不變化，頻率為零，所以不會(huì)產(chǎn)生輻射。

位移電流與傳導(dǎo)電流：1、傳導(dǎo)電流是由電荷的定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，位移電流是由電場（或電位移）隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的。2、傳導(dǎo)電流只存在于導(dǎo)體中，而位移電流可以存在于導(dǎo)體、電介質(zhì)和自由空間里。3、傳導(dǎo)電流會(huì)產(chǎn)生熱損耗，位移電流不產(chǎn)生熱損耗。4、在時(shí)諧場中，傳導(dǎo)電流密度與位移電流密度存在90?的相位差。

3 短波發(fā)射機(jī)天線結(jié)構(gòu)組成

DF100A短波發(fā)射機(jī)天線為強(qiáng)定向同相水平天線的國際通行符號(hào)是HRm/n/h，H表示天線水平振子；R是帶反射器；m每副天線每層振子數(shù)；n：代表每副天線振子層數(shù)；h：是天線最底一層振子離地面的高度。

圖2為一副DF100A短波發(fā)射機(jī)HR4/4/0.5同相水平天線：各路分饋線由平衡雙線構(gòu)成，其中包括分饋線1-2，分饋線2-3，分饋線3-4，分饋線4-5，主饋線5-6。天線單元的水平間距，垂直間距，底層離地高度均為中心波長的d=，天線可以看成是一個(gè)4*4的平面天線陣，即縱向、橫向各有4個(gè)電對(duì)稱振子構(gòu)成，上下層與層之間的而且層與層采用交叉式饋電方式，目的是保證構(gòu)成天線陣的所有振子在同一時(shí)刻都能同相位饋電，以便增加天線陣的輻射場強(qiáng)度和改變輻射場的方向性減少天線陣自身的內(nèi)耗。

4 天線輻射場的定向輻射分析

4.1 輻射場的定義

電磁輻射源產(chǎn)生的交變電磁場分為性質(zhì)不同的兩個(gè)部分，電場與磁場的相位相差90?，功率流密度實(shí)部為零，電磁場能量在輻射源周圍及輻射源之間不斷來回流動(dòng)，不向外發(fā)射。電磁場的能量完全被束縛在源的周圍，這種電磁場稱之為感應(yīng)場。電場及磁場均與傳播方向垂直，另一部分電磁場能量脫離輻射體，以電磁波形式不斷向外發(fā)射。這部分電磁場稱之為輻射場。一般情況下，以場源為中心，當(dāng)r<<時(shí)為近區(qū)場，也是為感應(yīng)場，當(dāng)r>>時(shí)為遠(yuǎn)區(qū)場，也是輻射場。

4.2 輻射原理

實(shí)現(xiàn)定向輻射的技術(shù)是在不需要電波方向上，距發(fā)射天線位置上，平行于發(fā)射天線放置一付與發(fā)射機(jī)天線結(jié)構(gòu)基本的相同的無源反射幕，對(duì)反射幕，上下層振子之間的距離一般應(yīng)設(shè)為（0.035-0.07），考慮到振子之間的分布電容和分布電感，有時(shí)需調(diào)換方向進(jìn)行發(fā)射等因素，所以把反射幕和主發(fā)射天線制作相同形式和尺寸，實(shí)現(xiàn)同相水平振子天線陣的單方向性輻射。定向輻射從形式上就是依靠反射幕把電磁波發(fā)射天線發(fā)射天線一方，從本質(zhì)上講，實(shí)現(xiàn)定向輻射式依靠電磁波的迭加結(jié)果完成的。當(dāng)給發(fā)射天線振子通以電流時(shí)，主發(fā)射天線必然向空間輻射出電磁波，設(shè)其電磁場為。當(dāng)輻射場傳到反射器（無源振子）位置后，就在無源振子上產(chǎn)生出感應(yīng)電動(dòng)勢ε和感應(yīng)電流I。這一感應(yīng)電流因?yàn)楹洼椛鋱鐾l率，它依托反射器各振子也必然向空間產(chǎn)生自己的輻射場。這樣一來，在空間就同時(shí)存在主輻射場和反射器各振子產(chǎn)生的輻射場二者的矢量和構(gòu)成空間各點(diǎn)上的總輻射場=+。如果要求總輻射場在主輻射場方向加強(qiáng)，就要求、在圖所標(biāo)的N方向上表現(xiàn)為同相位關(guān)系，如在發(fā)射器方向上消弱，就要求、在M方向上表現(xiàn)為反相位關(guān)系，保持發(fā)射天線主發(fā)射器與反射器之間的空間距離d=；保持反射器各振子長度比主輻射器各振子長度稍長一點(diǎn)，但必須滿足≤。以保證各振子度工作頻率呈感性。

5 發(fā)射機(jī)短波天線保護(hù)措施

短波天線應(yīng)用中保護(hù)措施主要有兩個(gè)器件控制：反射功率表，高速駐波比保護(hù)電路，反射功率表是機(jī)械保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間是毫秒級(jí)，高速駐波比電路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間是微秒級(jí)。

用功率表示駐波比S為：

而我們允許發(fā)射機(jī)的最大駐波比為2：1，S=2，由上式得：

假如入射功率為100KW算的反射功率為11.1KW，所以發(fā)射功率表設(shè)置11KW，因?yàn)榉逯倒β蜀v波比保護(hù)電路設(shè)置15.7KW，實(shí)際中駐波比保護(hù)電路設(shè)置在21KW。

6 發(fā)射機(jī)短波天線常見故障與處理

6.1 天線幕或饋線打火

故障原因：振子或下引線太松；饋電點(diǎn)虛接；綁頭處松散；鐵支撐生銹；行波系數(shù)偏低；金屬構(gòu)件氧化嚴(yán)重。

處理方法：調(diào)整天線幕垂度，接好饋電點(diǎn)并焊勞，天線或饋線重新綁扎，更換生銹的鐵支撐，調(diào)整提高系統(tǒng)行波系數(shù)，消除金屬構(gòu)件氧化層，必要時(shí)可采取跨接的辦法。

6.2 下引線或反射器調(diào)配線打火

故障原因：因局部高電壓引起，主要是行波不好

處理方法：在打火部位綁一段長2m左右同等直徑的導(dǎo)線，檢查行波系數(shù)，分析高電位原因，重新調(diào)整反射器。

6.3 反射網(wǎng)打火

故障原因：接頭處虛接；頻率不合適。

處理方法：重新緊固接頭或連接好斷線，進(jìn)行錫焊處理，調(diào)整反射網(wǎng)密度或建議換頻。

6.4 天線幕棒形絕緣子斷裂

故障原因：饋線或天線振子拉力過大；絕緣子不清潔或存在質(zhì)量問題。

處理方法：調(diào)整饋線或振子張力，更換合格的絕緣子，保持清潔。

6.5 饋線桿傾斜

故障原因：桿基下沉；拉繩卡箍移位滑脫；拉繩被外力碰撞受損。

處理方法：扶正桿位、夯實(shí)桿基；將卡箍復(fù)位、卡緊，調(diào)緊拉繩；加強(qiáng)巡視、杜絕損傷。

6.6 天線幕支撐調(diào)整困難

故障原因：天線幕與地面連接點(diǎn)未打開，拉繩角度不對(duì)。

處理方法：打開所有連接點(diǎn)，去掉重錘，可加臨時(shí)曳線輔助調(diào)整。

7 結(jié)論

天線是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的負(fù)載和輸出端，天線的運(yùn)行狀況與發(fā)射機(jī)的安全運(yùn)行密切相關(guān)，了解和掌握相關(guān)知識(shí)有助于我們分析判斷和及時(shí)應(yīng)對(duì)因?yàn)樘炀€匹配問題形成的故障，減少停播，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的安全播出。

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