驻波比和频率特性在电视台无线电发射技术中的应用

史浩东 溧阳广播电视台

在广播电视系统中，无线电发射技术是一个不可或缺的重要环节。广播电视的最后播出信号要通过发射机经由天线发射出去，而天线馈线工作状况的正常与否直接关系到广播电视节目信号的传输。

随着广播电视发射技术的发展，全固态发射机愈来愈多的被使用。我台使用的是北京广播器材厂生产的1千瓦全固态发射机，该发射机运行比较稳定，输出功率也能得到保证。但是天馈系统也是制约发射的一个重要因素，如果天馈系统状态欠佳，则将成为安全播出的隐患，因此对于天馈系统的检查、维护愈来愈显得重要。

在天馈系统中，电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的指标参数，用来衡量部件之间的匹配是否良好。电压驻波比又称驻波比，又名VSWR和SWR。在射频技术中，天线和馈管的阻抗不匹配或天线与发射机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射，天线中入射波和反射波叠加就形成了“驻波”。

只有阻抗完全匹配，才能达到最大功率传输。这在高频中尤其重要。发射机、传输电缆（馈管）、天线阻抗都关系到功率的传输。电视发射系统中，馈管与天线的阻抗匹配性能可用驻波比来衡量。

馈管与天线的阻抗不匹配时，发射机发射的电波将有一部分反射回来，在传输电缆中产生反射波，反射波在馈管中反射至发射机后，最终产生为热量消耗掉。接收时，也会因为阻抗不匹配，造成接收信号不好。

图1所示为馈管与天线的阻抗不匹配时，前进波（发射波）与反射波以相反方向传输并叠加产生驻波的现象。

电视发射系统中，馈管与天线的阻抗完全匹配，将不产生反射波，这样，在馈线里各点的电压振幅是恒定的，如图2中左部分，阻抗不匹配时，在馈线里产生图2右方的电压波形，此时，驻留在馈线里的电压波形就叫做驻波。

发射系数S的计算公式如下：

式中ZL和Z0分别是输出阻抗和输入阻抗，发射系数S为负值时表明相位相反。

驻波比SWR的计算公式如下：

驻波比越高，表示阻抗越不匹配。

当输出阻抗和输入阻抗值一样时，即达到完全匹配，发射系数S等于零，驻波比为1。这是一种理想的状况，实际上总存在反射，驻波比总是大于1。驻波比越大，反射功率越高。

例如：当输入阻抗为50欧姆时，输出阻抗为25欧姆时：

驻波比为2。

射频系统阻抗匹配，特别要注意使电压驻波比达到一定要求，因为在宽带运用时频率范围很广，驻波比会随着频率而变，应使阻抗在带宽范围尽量匹配。

驻波比SWR的值等于1，则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最理想的状况。如果驻波比SWR的值大于1，则表示有一部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈管升温。被发射的电波在发射机输出端口也可产生相当高的电压，有可能损坏发射机。

射频系统中的天线的基本功能就是将调频发射机末端的输出的射频信号经由馈管传输到天线，再转换成电磁波并向空中辐射出去。

频率特性是无线电发射系统的另一重要指标，天馈系统中经常用到。

我国电视是PAL D/K制，伴音载频频率比图像载频频率高6.5MHZ，每个频道带宽为8MHZ， 例如溧阳电视台是11频道，11频道的图像载频频率是208.25MHZ，由此可推算出其伴音载频频率是214.75MHZ，图像载频频率范围在207～215MHZ之间，为米波III波段。我台转播的中央一套综合频道是用33频道转发的，33频道的图像载频频率是671.25MHZ，其伴音载频频率是677.75MHZ，图像载频频率范围是670～678MHZ，为分米波V波段。

BT-15扫频仪作为测试电路频率特性的仪器已成为电视台测量调试与修理中不可缺少的基本测试仪器，在中小电视台中得到普遍使用。用扫频仪测试发射机的频率输出特性和馈管相当简单，操作方便，测量结果直观。当发射机匹配不良或馈管故障时，可造成输出频率和功率不稳定，机器无法满足功率正常播出，馈管驻波比大，信号衰减大，同时产生失真和增加噪声。

我台电视发射中心现有四套调频电视节目，分别是11频道溧阳电视台自办节目，另外三套转发频道节目，分别是19频道江苏电视台节目、33频道中央一台综合节目、36频道中央教育台节目。11频道溧阳电视台用的是全固态发射机，而33频道在省有关部门的支持下也更换为了全固态发射机。11频道发射机和33频道发射机合用一套自动控制系统，该自动控制系统能根据操作人员的指令，实现自动开机、自动关机、自动生成运行状态数据。数据包括两台全固态发射机的发射功率、反射功率、运行时间、驻波比等，能直观地反映出全固态发射机在运行过程中的一些指标参数，供值机人员分析和处理。

11频道溧阳台在运行过程中，各种参数和技术指标一直比较稳定，图像和声音也正常。而33频道是在后来重新更换发射机和天馈系统的过程中逐步改造的。包括采购设备，天线安装及包括系统的联调测试。33频道的全固态发射机和馈管安装调试后，设备运行正常，运行指标参数在标准值范围内，其中，发射功率为800W左右，驻波比在1.1左右。经过一段时间运行，有一次在值机过程，设备监控出现报警，查看电脑数据，发现机器功率降低，驻波比变大，在1.25以上，接受画面也有重影。但等过了一段时间后，机器的驻波比又下降，特别是遇到连续晴天时，又能正常播出，但是一遇到下雨或连续阴雨天时，发射机驻波比数值又增大，图像又出现重影，声音也不清楚，反复出现上述现象。

分析33频道出现的这一不正常现象的原因，考虑到33频道全固态发射机是新近刚更换的，质量应得到保证。天馈系统是承包给一家铁塔安装公司安装的，天馈系统可能存在一定的隐患，因此决定上铁塔检查馈管的安装情况。

33频道发射天线是安装在88米高的小平台上，检查33频道馈管和发射机天线的接头后，发现接头处的硅密封胶有松动现象，因此初步判断该处有裂纹，一到刮风下雨，就有水气从裂纹处漏入馈管，从而影响了馈管的输出阻抗。但到了天晴时，经过阳光暴晒，水分挥发，天线馈管驻波比又有所下降，信号又恢复正常。将原来接头处的硅密封胶清除掉，重新涂抹了新的硅橡胶，密封好接头，重新开机运行33频道发射机，通过扫频仪检测机器的输出特性，发现33频道发射机输出频率正常，天线馈管系统的驻波比也小于1.1以下，监测到33频道的图像画面和声音也没有失真。经过这次天馈系统修复后，33频道发射机一直稳定工作，没有再出现天线馈管系统驻波比增大的情况。