150KW短波发射机驻波比过大难题的解决

张红海

（国家新闻出版广电总局四九一台，北京，100121）



150KW短波发射机驻波比过大难题的解决

张红海

（国家新闻出版广电总局四九一台，北京，100121）

摘要：本文主要探讨150kW短波发射机的天馈线匹配问题，主要通过对发射机天馈系统参数的测试,找出阻抗失配原因及位置,利用改变原有系统阻抗达到使发射机-馈线-天线的良好匹配。

关键词：驻波比；馈线及设计；特性阻抗

0　引言

通过借助室外天线交换开关改造工程，重新设计，改变原馈线路由及长度，调整天线开关位置,改变馈线出口到开关角度,使馈线的路由、长度、角度与理论值更为接近，实测驻波比大大减少。

1　理论分析

1.1天馈系统的匹配

天线本身性能对整个系统起决定性作用。发射机、平衡转换器、高频传输线、天线转换开关与天线匹配好坏，直接影响天线性能的发挥。从发射机到天线，各部分的阻抗要保持连续性，如果不连续就要引入设备（如平衡变换器）使之连续，这就是阻抗匹配。阻抗匹配的意义就是使天线获得最大的辐射功率，减小反射损耗，保持发射源的稳定。当高频传输线与天线不匹配时表现为：天线驻波比VSWR增大，发射机和天线的利用率将降低，有效服务区将减小。此时天线阻抗存在很大电抗分量，较大的反射功率回灌发射机，使得发射机末级器件可能需要承受较大的过电压，造成射频末级功率器件的损坏，发射机稳定度降低，因此，将VSWR控制在较低的数值，是必要的。

1.2影响天馈系统失配原因

造成驻波比较大的几大因素有：天线参数，馈线参数，转换开关参数，安装质量。实际工作中有很多影响VSWR的因素，如馈线中存在的阻抗突变点、馈线与其它设备的连接点接触不良、跳线的转折角度不和适、馈线与无关导体靠近、发射机与馈线失配、馈线与天线失配等，这些都会使电波在传输线上产生损耗和造成能量吸收。

首先分析天线，要使天线发射的电磁场最强，一是发射频率必须和天线的固有频率相同，二是驱动点要选在天线的适当位置。如果驱动点不恰当而天线与信号频率谐振，效果会略受影响，但是如果天线与信号频率不谐振，则发射效率会大打折扣。所以，在天线匹配需要做到的两点中，谐振是最关键的因素。任何一副天线都不可能在工作频段内调配成纯电阻，所以，在某些频点，天线会有容抗分量或感抗分量，统称电抗分量，特别是在天线的截止频率附近，电抗分量更大，天线一旦架设固定，要求系统去适应它。一般情况下是通过改变平衡转换器的参数来平衡电抗分量的改变。如果效果不理想，就要通过调整馈线特性阻抗来实现匹配。

其次分析馈线，本机使用六线式笼型馈线平行两股馈送，其特性阻抗公式如下：

其中：DC为笼型馈线直径；DEC为笼型馈线等效直径；de为单根导线直径；D为两笼型馈线间距；n为笼型馈线导线根数。

实际使用D为400mm，de为4mm，n为6根，DC为79.6mm代入公式计算结果为300欧姆。在决定馈线阻抗的几个关键因素中，只有D受环境影响概率较高，只要馈线满足直线平行，其特性阻抗基本不变。但在实际使用中馈线馈线因长度、环境、材质等诸多复杂因素的影响，其特性阻抗不会是理想的。

另外，平衡/不平衡阻抗变换器在系统中作用为阻抗变换（不平衡50欧姆转为平衡300欧姆），将发射机不平衡输出转换为平衡输出。通过调整转换器参数（感抗和容抗）进行补偿，使发射机与天馈线的电抗分量相互抵消，达到纯阻状态，即共厄匹配。对于15MHz的高频频段，系统阻抗中感抗增加，通过调整匹配器参数（7路电容，匹配器短路接地），均补偿不够，就需考虑其他部位。

最后说说天线交换开关。天线交换开关的作用是能使发射机转接到不同的天线，以满足换频及不同服务区的需要。对交换开关的技术要求是结构简单，能量反射要小。为了使交换开关在系统中不引起较大反射，在发射机与天线之间交换接点数量应尽量少。交换开关理论上属于传输线一部分，因为在高频电路中，即使接入一小段短路线，也可能引起很大能量反射。所以系统反射较大，驻波比增高，天线转换开关质量是重要因素。

2　问题判断

通过以上分析，我们将最大可能出现问题位置定在了馈线路由、长度及天线交换开关，利用矢量网络分析仪来分段测量特性阻抗。这一过程和计算将用于分析平衡馈线。先前用传输线输入阻抗的计算方法，获得了特性阻抗。现在通过测试来获取特性阻抗。

实际VSWR测量

首先利用实际频段，开路、短路及特定负载条件下，采用标准连接器校准VNA。通过在测试频带采用扫频测试信号来对散射参数(S参数)进行测量。利用输入阻抗和反射系数参数测量来对反射特性进行分析。

假设发射机端发出的信号功率恒定不变。反射回发射机的信号功率的增加将会导致到达负载端信号功率的相应减少。馈线上传输的电磁波遇到终端时，由于阻抗不匹配就会导致出现反射现象。反射系数Γ由下式计算 ：

当ZL=ZO时即为阻抗匹配，反射系数为0。将反射系数带入下式来计算：

在计算VSWR时需要利用矢量网络分析仪VNA分析信号的入射、反射和合成波。在分析仪上观察天馈系统中传输信号的入射、反射、传输和驻波的波形。在第一个时刻，信号输出波形是一个正弦波，它与反射信号同相，这也可能是最大的驻波幅值。在第二个时刻，入射波与反射波的相位彼此相差180度。因此，这时的驻波幅值可能是最小的。如果已知驻波的最大幅值和最小幅值，那么系统的实际VSWR就可以按照下式计算出来了：

3　改进措施

3.1新开关选型

经过市场调查，北京中广广播电视工程有限公司生产的天线交换开关。该交换开关为室内型，室内馈线加装屏蔽，开关连接方式为硬馈直接馈线间距300mm，驻波比小。

3.2安装调整

（1）依照设计方案进行馈线路由走向的确定。交换开关选型、定位。

（2）完成交换开关的连接和安装以及网络参数的测试及调整，接入总控制系统。

（3）各控制信号线与天馈线控制系统的连接，进行线路复查核对，接线无误后再进行通电测试。

3.3系统运行测试调整

电控功能倒换测试，包括将手动/自动倒换开关置于手动位置，接通控制电源，查看天线交换开关位置指示，反复按下倒换按钮进行倒换，观察交换开关接点、限位开关的接触情况，指示开关位置。

自动切换功能测试：将电动/自动倒换开关置于自动位置，利用运行图控制开关自动倒换。

发射机运行保护功能测试：外部联锁保护测，发射机工作在有功率输出状态下天馈线切换系统不能操作保护功能测试。

4　结论

发射机运行参数其参数稳定，工作状态正常。自启用以来，发射机指标符合要求，15MHz频段驻波比明显减小，发射机状态稳定。天线频段11MHz—17MHz范围内进行试验，驻波比均较小，在12MHz—16MHz频段范围内，驻波比为1.05—1.3范围之间，播音的15MHz的驻波比为1.15，发射机未出现因驻波比故障引起烧坏大型器件事件。

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