聞明華

（作者單位：國(guó)家廣播電視總局953臺(tái)）

1 中波饋線簡(jiǎn)介

中波饋線是用于傳導(dǎo)、傳輸高頻電能的設(shè)備，連接在發(fā)射機(jī)和天線之間。一般對(duì)中波饋線的要求是饋線兩端阻抗要匹配，功率損耗小，效率高，還得有足夠的功率容量和耐壓。中波饋線一般由內(nèi)層和外層兩層導(dǎo)線組成，形成兩個(gè)同心的籠形。外層導(dǎo)線是接地的，起到屏蔽作用，以減少沿內(nèi)層導(dǎo)線傳輸?shù)母哳l能量以輻射形式外泄。內(nèi)層導(dǎo)線是饋電的，和外層導(dǎo)線間有絕緣子分開。中波發(fā)射機(jī)所用饋線分為6線式、18線式和36線式，而大功率中波發(fā)射機(jī)一般使用36線式。36線中波饋線由中心饋線芯和外部地線組成。饋線芯由12根直徑為6 mm的銅包鋼導(dǎo)線組成一個(gè)圓柱狀，一般直徑為360 mm，地線由24根直徑為4 mm的銅包鋼導(dǎo)線組成一個(gè)圓柱狀，一般直徑為1 000 mm。36線中波饋線的特性阻抗為75 Ω。

2 高緯度中波饋線冬夏季的狀態(tài)變化

如圖1所示，中波饋線的外環(huán)和內(nèi)環(huán)都由銅包鋼材質(zhì)的導(dǎo)線構(gòu)成，外環(huán)24根，內(nèi)環(huán)12根。這些導(dǎo)線長(zhǎng)度幾百米到上千米不等，作為中波發(fā)射機(jī)和天線的連接部分分布在室外，受到溫度影響較大。冬季，在高緯度地區(qū)，溫度為-30 ℃左右，饋線冷縮，長(zhǎng)度變短；夏季，溫度為30 ℃左右，饋線熱脹，長(zhǎng)度變長(zhǎng)[1]。這種變化已經(jīng)達(dá)到肉眼明顯可以看到差別。圖2為中波饋線冬季夏季側(cè)方示意圖，從側(cè)面觀察饋線，可以看出，冬季和夏季，由于熱脹冷縮饋線變化明顯。其中，圖中實(shí)線部分為冬季外環(huán)和內(nèi)環(huán)饋線實(shí)際長(zhǎng)度，虛線部分為夏季外環(huán)和內(nèi)環(huán)饋線實(shí)際長(zhǎng)度。冬季和夏季饋線長(zhǎng)度變化非常明顯，如果以冬季饋線的正常狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，夏季饋線明顯變長(zhǎng)明顯。在兩個(gè)饋線支撐桿之間，外環(huán)饋線最大下降距離為D，內(nèi)環(huán)饋線最大下降距離為d，這兩個(gè)距離有所不同，因?yàn)閮?nèi)環(huán)饋線存在一段支撐絕緣子，所以其實(shí)際長(zhǎng)度比外環(huán)饋線短一些，在熱脹時(shí)內(nèi)環(huán)饋線增加的長(zhǎng)度也更少一些。

圖2 中波饋線冬季夏季側(cè)方示意圖

維護(hù)人員在饋線的維護(hù)中，力求做到將饋線的狀態(tài)維護(hù)在圖2所示的實(shí)線部分所示的狀態(tài)。這是一個(gè)內(nèi)環(huán)饋線和外環(huán)饋線近乎平行的狀態(tài)，也是一個(gè)理想狀態(tài)，實(shí)際上很難達(dá)到，維護(hù)人員在實(shí)際維護(hù)中只要做到內(nèi)環(huán)饋線和外環(huán)饋線接近平行就可以了。

3 饋線阻抗變化的原因

在分析饋線的阻抗變化時(shí)，維護(hù)人員要把饋線等效為均勻傳輸線模型。均勻傳輸線由均勻介質(zhì)中平行放置的兩根均勻?qū)w構(gòu)成，如同軸電纜等。而饋線可以看成多個(gè)均勻傳輸線模型的組合。在均勻傳輸線中，電流在導(dǎo)線的電阻中引起電壓降，在傳輸線周圍形成磁場(chǎng)[2]。由于發(fā)射機(jī)發(fā)出的是高頻變化的電流，在饋線周圍形成變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)沿著饋線形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；而饋線的內(nèi)環(huán)和外環(huán)構(gòu)成的電容會(huì)有位移電流流過(guò)。

為了分析饋線特性阻抗的變化，可以將饋線看作由無(wú)數(shù)個(gè)小的阻抗單元構(gòu)成。由于饋線的每個(gè)阻抗單元都有電阻、電容、電感和電導(dǎo)，工作人員分析時(shí)，可以將饋線看成具有分布參數(shù)的傳輸線模型。如圖3所示，中波饋線等效為均勻傳輸線的模型圖。傳輸線的分布參數(shù)模型（圖3）表明，傳輸線具有單位長(zhǎng)度的分布電阻R’、電感L’、電導(dǎo)G’和電容C’。一般來(lái)說(shuō)，傳輸線的分布參數(shù)不僅取決于傳輸線的幾何結(jié)構(gòu)，也取決于介質(zhì)和組成傳輸線的導(dǎo)體材料的電磁特性。

圖3 中波饋線等效為傳輸線的分布參 數(shù)模型

通過(guò)計(jì)算，可以求出傳輸線的特性阻抗Zc，如公式（1）所示：

公式（1）中所示的饋線特性阻抗，當(dāng)頻率很高時(shí)，中波頻率達(dá)到526.5 kHz到1 605.5 kHz時(shí)，這時(shí)特性阻抗的R’和G’可以忽略不計(jì)，只考慮后半部分，特性阻抗方程可以化解為：

上述公式（2）中所示的饋線特性阻抗，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后，得到饋線特性阻抗的表達(dá)式，從公式中可以發(fā)現(xiàn)饋線的特性阻抗取決于饋線單位長(zhǎng)度的電感量L’和饋線單位長(zhǎng)度的電容量C’。

在高緯度的中波臺(tái)站，冬季和夏季溫差大，饋線的熱脹冷縮非常明顯，饋線單位長(zhǎng)度的電感量L’變化并不大，而隨著外部饋線接近內(nèi)部饋芯，饋線單位長(zhǎng)度的電容量C’變化較大[3]。所以，理論推算：在環(huán)境溫度升高時(shí)，饋線單位長(zhǎng)度的電容量C’變大，特性阻抗變??；在環(huán)境溫度降低時(shí)，饋線單位長(zhǎng)度的電容量C’變小，特性阻抗變大。這個(gè)推導(dǎo)和實(shí)際測(cè)量比較吻合，本文隨后會(huì)給出實(shí)際的儀器測(cè)量值。

4 饋線特性阻抗的實(shí)際測(cè)量

測(cè)量所需要的儀器為DELTA運(yùn)行阻抗電橋。將發(fā)射機(jī)輸出到饋線的接頭斷開，將儀器按照?qǐng)D4右邊的連接方法進(jìn)行連接，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)輸入端的阻抗。中波饋線的特性阻抗為75 Ω，維護(hù)人員利用儀器測(cè)量的數(shù)值如表1所示（表中j表示復(fù)數(shù)的虛部）：

表1 饋線阻抗實(shí)際測(cè)量值

圖4 天饋線阻抗的測(cè)量示意圖

具體測(cè)量方法：將DELTA運(yùn)行阻抗電橋按照?qǐng)D5連接好，將圖5下方的OIB-3電橋的輸出端（OUT端）接測(cè)量阻抗專用夾線，夾線一端接內(nèi)環(huán)饋線，一端接外環(huán)饋線。調(diào)整5圖上方的RG-4B型接收機(jī)/發(fā)生器，將頻率設(shè)置為發(fā)射機(jī)工作頻率，最后點(diǎn)擊軟鍵盤上的GO鍵，將載波信號(hào)送入饋線系統(tǒng)；調(diào)整上方的RG-4B型接收機(jī)/發(fā)生器的射頻增益（RF GAIN），使右面METER儀表表頭指針指向刻度中間位置；調(diào)整下方的OIB-3電橋上的電感/電容開關(guān)、R（電阻）和X（電抗）調(diào)節(jié)旋鈕，直到上方的RG-4B型接收機(jī)/發(fā)生器右面METER儀表表頭指針到達(dá)最小位置后又返回為止；再調(diào)整R和X調(diào)節(jié)旋鈕，進(jìn)行細(xì)調(diào)后，找到指針的最小位置，讀出此時(shí)的電抗值，就是饋線系統(tǒng)和天線的實(shí)際阻抗值。

圖5 DELTA運(yùn)行阻抗電橋連接方法

利用OIB-3阻抗電橋測(cè)量阻抗優(yōu)點(diǎn)明顯，OIB-3型阻抗電橋與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的電橋是不一樣的，因?yàn)檫@種電橋可處理相當(dāng)高的功率電平，并且引入的介入效應(yīng)最小。首先，這種型號(hào)的電橋可以直接測(cè)量運(yùn)行阻抗。OIB-3型阻抗電橋可以直接插入電路里，在一定的額定功率（5 kW以下）測(cè)量負(fù)載的運(yùn)行阻抗。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的電橋通常不能處理很大的功率，其只測(cè)量負(fù)載的冷阻抗。維護(hù)人員根據(jù)這些測(cè)量值來(lái)調(diào)節(jié)匹配電路時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)所加入的功率并不能獲得最滿意的匹配[4]。其次，引入的外部干擾最小。為了對(duì)饋線和天線的各種元件的運(yùn)行阻抗進(jìn)行測(cè)量，如果把普通的電橋接入天線電路內(nèi)，電橋本身存在的一些阻抗元件，會(huì)對(duì)天饋線的各種參數(shù)產(chǎn)生介入干擾，影響各個(gè)輻射器之內(nèi)的電流的幅度與相位的關(guān)系，因此無(wú)法獲得對(duì)被測(cè)元件的正常耦合阻抗。而OIB-3型運(yùn)行阻抗電橋可以直接插入各種元件的電路，各種傳輸線或各種匹配網(wǎng)絡(luò)中，且能夠確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行阻抗值。再次，OIB-3阻抗電橋的抗干擾性強(qiáng)，它可使用大功率的信號(hào)發(fā)生器與電橋一起測(cè)量天線的阻抗，并且對(duì)鄰近工作的天線及來(lái)自頻率相接近的強(qiáng)信號(hào)的干擾都可以降到最低。

5 確定調(diào)整中波饋線松緊的時(shí)間節(jié)點(diǎn)的方法

從表1饋線阻抗實(shí)際測(cè)量值可以看出，饋線阻抗會(huì)隨著溫度變化而變化，特別是其虛部，變化范圍在6～12 Ω，其中74.6+j12（1月測(cè)量值）是在-30 ℃左右測(cè)量的數(shù)值；75.5+j6（7月測(cè)量值）是在30 ℃左右測(cè)量的數(shù)值。從測(cè)量數(shù)值可以看出天饋線的特性阻抗實(shí)部變化不大，只有0.9 Ω，而虛部變化達(dá)到6 Ω。而在4月和10月，由于溫度條件基本一樣，測(cè)量數(shù)值一個(gè)為75.0+j8（4月測(cè)量數(shù)值），一個(gè)為74.8+j10（10月測(cè)量數(shù)值），變化并不大。這樣維護(hù)人員每年定期測(cè)量天饋線的特性阻抗，就可以確定調(diào)整饋線松緊度的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為每年的4月下旬和10月下旬，具體時(shí)間要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)確定。

6 影響中波饋線特性阻抗的因素和維護(hù)要點(diǎn)

內(nèi)線撐環(huán)的作用是將饋線盡量固定為圓形，這樣的話高頻電流有趨膚效應(yīng)，會(huì)在內(nèi)饋線的表面進(jìn)行流動(dòng)，最大限度利用饋線的導(dǎo)電能力和容量。

6.1 溫度因素

隨著溫度的變化，饋線會(huì)熱脹冷縮。當(dāng)天氣變熱，饋線出現(xiàn)熱脹的時(shí)候，要調(diào)緊饋線調(diào)線叉，使得饋線的垂度不至于過(guò)大，以免造成饋線變形，參數(shù)改變；當(dāng)天氣變冷，饋線出現(xiàn)冷縮的時(shí)候，通過(guò)調(diào)整饋線調(diào)線叉，確保饋線不會(huì)拉力過(guò)大，損壞棒形絕緣子或者是別的附屬支撐物[5]。隨著溫度的改變，饋線會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象，調(diào)節(jié)調(diào)線叉，可以調(diào)節(jié)饋線的松緊。壓線鉤也要隨著溫度的變化進(jìn)行調(diào)整，其作用是饋線在單根饋線桿上通過(guò)時(shí)，在確保饋線有活動(dòng)余地的同時(shí)給饋線提供一個(gè)支撐物，這樣饋線就不至于在冷縮的過(guò)程中將自己拉斷。

6.2 鐵塔垂直度

中波天線鐵塔的垂直度不但會(huì)影響鐵塔的穩(wěn)定性，也會(huì)直接影響中波饋線的阻抗。鐵塔天線是天饋線的一部分，如果鐵塔垂直度改變，其外部包裹的籠形銅線就會(huì)發(fā)生變形，影響其阻抗。這樣測(cè)量出來(lái)的天饋線阻抗就會(huì)發(fā)生變化。

6.3 雷電因素

天線調(diào)配室中一般放置天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)由電感和電容構(gòu)成，其作用是將發(fā)射機(jī)發(fā)來(lái)的高頻能量經(jīng)過(guò)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教炀€上發(fā)射出去。調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中往往還加裝有切換系統(tǒng)、接地鉤等設(shè)備。在雷電天氣多發(fā)的夏季，天線調(diào)配室中的真空電容容易被雷電擊穿，通過(guò)肉眼觀察有時(shí)候不容易發(fā)現(xiàn)，但是通過(guò)測(cè)量天饋線的阻抗就很容易發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樽杩箷?huì)發(fā)生明顯變化。

6.4 饋線線桿是否受損

饋線線桿起到支撐饋線的作用，其架設(shè)時(shí)都有嚴(yán)格的要求，桿路一般情況應(yīng)該成一條直線，必須轉(zhuǎn)彎時(shí)，夾角不應(yīng)小于120°。桿路的終端盒轉(zhuǎn)角桿及雙門處應(yīng)該加裝平衡拉線，距頂端1 m處應(yīng)該加裝蛋形絕緣子，尾部應(yīng)該加裝花籃螺絲，饋線桿的地基不應(yīng)該出現(xiàn)塌陷情況。如果饋線桿損壞、饋線桿地基塌陷，通常會(huì)引起天饋線阻抗的改變。維護(hù)人員通過(guò)定期測(cè)量數(shù)據(jù)，并且和以往記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就能發(fā)現(xiàn)天饋線是否存在異常情況。

6.5 饋線外環(huán)接地情況

饋線外環(huán)是接地的，由于饋線桿一般在室外，并且有的饋線桿附近有耕種的土地，其接地線出現(xiàn)斷路的情況時(shí)有發(fā)生。如果其中有幾條饋線桿接地線出現(xiàn)短路，就會(huì)影響到饋線整體阻抗。如果測(cè)量的天饋線阻抗偏小，說(shuō)明外部饋線有接地情況。并且，接地點(diǎn)距離發(fā)射機(jī)越近，測(cè)量的阻抗偏小的情況越明顯。

7 結(jié)語(yǔ)

天饋線系統(tǒng)作為廣播發(fā)射系統(tǒng)的一部分，其質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)射機(jī)能否正常工作。本文介紹了高緯度發(fā)射臺(tái)維護(hù)人員通過(guò)阻抗測(cè)量，并且記錄和對(duì)比測(cè)量值，從測(cè)量值的變化中找出天饋線系統(tǒng)可能存在的隱患的方法。這種方法是天饋線維護(hù)人員通過(guò)長(zhǎng)期的維護(hù)和摸索總結(jié)的，希望和廣大中波發(fā)射機(jī)天線維護(hù)人員交流。