ALLESS转动天线组态开关窗口组件国产化改造

吴琳琳

摘  要：文章从实际工作中碰到的问题入手，详细阐述了进口天线设计中存在的缺陷，并提出了改造方案。

关键词：转动天线;组态开关;窗口组件;改造

引言

我台的ALLESS短波转动天线是从德国汤姆逊公司引进的，世界上最先进的大功率短波发射天线。它是我国乃至亚洲地区第一座短波全方位、多组态、全自动、大功率转动天线。正是由于其本身的技术优势，自正式开播以来，该设备一直承担着大量的实验和覆盖任务。

1 存在问题

如此高强度的工作，对转动天线的器件是个严峻的考验。尽管发射机是进口的TSW2500型500KW瑞士短波发射机，本身和天线都是进口设备和天线有着很高的匹配率。而且转动天线本身也具有高增益、驻波比小、辐射能量高的优点。但是，在日常检修维护过程中，我们发现天线高、低频组态开关的窗口输出馈线组件经常打火、过热，陶瓷部分有老化迹象。经过几年的连续运行，问题日益严重，已经严重威胁到安全播出。经过实际的观察分析，发现该天线组态输出窗口组件在设计上有一定的缺陷，正是由于这些缺陷，导致了设备故障率的增加。具体情况如下：（1）窗口组件阻抗变化大，过热严重，特别是在高低频2/2组态模式下，过热情况更为严重。天线长期在过热状态下工作，导致馈线连接处打火，窗口绝缘子老化破裂，将直接威胁安全播出。（2）窗口组件的螺丝连接是对扣连接。这种连接方式导致维护不便，长期使用经常出现螺丝过热烧死，导致阻抗无法进行匹配，造成设备过热，打火，并且更换起来非常麻烦，很容易出现断丝的现象。

2 工作原理分析

组态开关的作用是将射频能量传递到天线的全部或部分传输馈线上。再由馈线经阵子传递给反射幕，然后将广播信号发射出去。该天线的组态开关分为高频和低频两组，分别对应不同的频率段。高、低频组态各有四种工作模式可以选择，分别是高频4/4模式、高频4/2模式、高频2/4模式、高频2/2模式和低频4/4模式、低频4/2模式、低频2/4模式、低频2/2模式。通过对组态开关模式的选择，这使得选择高、低频天线传输面和偶极阵子成为可能。窗口组件部分直接与组态开关相连接，起到了阻抗变换的作用。射频能量从组态开关传输到窗口部分，再经过户外的阻抗变换线，然后到达天线阵子。

当工作模式为高频4/4模式时，有八根馈线接通到室外天线;当工作模式为高频4/2模式时，有四根馈线接通到室外天线;当工作模式为高频2/4模式时，有四根馈线接通到室外天线;当工作模式为高频2/2模式时，有两根馈线接通到室外天线。不同的组态模式可以改变覆盖区域（见图1）。低频和高频模式接通馈线相对应，这里不再赘述。

图1

组态开关的窗口组件是转动天线的重要组成部分，是连接组态开关与天线阵子的中枢环节，起着将射频信号能量从组态开关传输到天线阵子的作用。在传输过程中，能够进行阻抗变换，以达到高增益传输。该部分技术要求高，阻抗变化大，射频工作特性非常复杂。特别是当组态开关切换到高频（或者低频）2/2模式时，能量传输将集中在两根输出馈线上，这两根馈线的上承担的能量将是别的组态模式的2倍乃至4倍。这就对馈线和碗口的导电性和绝缘性提出了更高的要求。若是产品性能存在缺陷，将直接导致过热、打火，造成器件损坏，进而威胁安全播出，造成不可估量的损失。

3 技术改造的迫切性

为了解决馈线和碗口打火、过热这一问题，我们在设备维护时，对这个部件进行了重点检查测试，一旦发现馈线和碗口组件打火、过热立即进行备件更换。但这样做只是被动的，暂时性的办法。由于发射机要经常工作在高频（或者低频）2/2模式，经常更换不仅会使得天线的阻抗产生变化，影响发射质量，更为关键的是，已经导致备件的不足。而且若是播出时出现故障，将造成停播，这对安全播音也是一个重大隐患。经过与国外厂家的咨询和沟通，了解到进口备件的报价相当昂贵。而且供货周期很长，已经大大超过了我台维护经费的预算。

鉴于此，根据国家和无线局科技发展规划，我们积极响应进口设备国产化路线的号召，谋求走自主知识产权的道路。本着引进、消化、吸收、再创新的原则，我们决定对其构造、工艺和性能进行深入的研究，以谋求对其实现国产化。

4 技术改造方案

在对设备原器件存在的问题进行认真细致的分析和研究的基础上，我们经过大量的查阅资料，积极联系国內厂家，详细了解进口器件的工艺、参数和性能。同时结合我们自身的工作实际情况，我们提出了改造方案。

（1）改进原有的穿墙绝缘子材质，提高工作的可靠性。将窗口绝缘子的材料由陶瓷更换为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯比陶瓷性能更加优良，具有耐高温，耐低温，耐腐蚀，耐气候，电绝缘性好等优点，更加适合东北严寒情况下设备工作的稳定。此举解决了播音时局部温度高，绝缘子易破裂的问题。（2）重新设计窗口组件的连接方式，减少连接点，降低连接的复杂程度，以提高可靠性和稳定性。将窗口组件部分的螺丝连接方式由对扣连接改为单扣连接。改造后该部分的阻抗变化减小，电导性能更好，大大减小了器件的发热量，解决了窗口馈线工作温度过高的问题。（3）对馈管表面进行工艺处理，改善高频特性。在馈管表面处加镀了一层银，增加了窗口馈线的导电率，使能量能更加有效的传输，也大大减少了器件发热问题。（4）改换连接件，使连接更加可靠。将馈管连接处的垫片由不锈钢垫片更换为铜垫片，既保证了组态输出馈线材料的一致性，也大大地增加了连接的可靠性。

5 技术改造的效果

我们将改造后的组态开关输出碗口馈线组件进行了上机实验，经过近乎一年时间的实验和测试，我们得出，改造之后的天线输出组件完全符合设备正常工作的技术要求。成功的解决了设备存在的问题和隐患，大大增加了设备运行的稳定性和可靠性，起到了非常好的实际效果。经过在设备上进行实验对比，改造后的输出组件与当前国内外同类产品具有以下优势。

（1）运行稳定，性能良好。技术参数与同型号进口配件相同，性能上达标。并且部分超过了国外同种型号产品，实际运行可靠。（2）进行了工艺改进和创新。原窗口组件系统的设计存在一些问题，国产化备件改变了穿墙绝缘子的材质和通过穿墙绝缘子的方式，消除了打火发热潜在隐患。（3）馈管进行表面全镀银处理，优化了高频导电性能。（4）降低采购成本，缩短到货周期。进口窗口价格昂贵，订货周期过长，国产备件价格合理，订购周期短，备件能够及时到位，可以更好保障安全播音。

参考文献

[1]THALES.Control System Rotatable Antenna Qiqihar[R].German：BROADCAST MULTIME-DIA，2003.

[2]THALES.500KW Rotatable Antenna For Qiqihar Volume 4 100Ω Connections Mode Switches[Z].German：BROADCAST MULTIMEDIA，2003.