发射机天馈线系统安全播出的保障措施与实现

罗正明

1 概述

广播和电视信息在无线传输的过程中，天馈线系统是其传播的最终端设备。因而，应高度重视发射机天馈线系统的技术维护管理工作，制定安全可靠运行的技术手段和安全保障措施，确保广播电视的安全播出。

2 天馈线系统的作用与原理

广播电视天馈线系统安装在环境恶劣的发射塔上，在户外常年工作。因而，天馈线系统的工作状态与气候条件密切相关，当气候条件发生质的变化时，容易发生故障。因此，怎样制定该系统安全、经济、有效的解决方案？是长期以来一直思考的难题。工作人员通过多年来不断走访、咨询、调研、摸索与实践，获取第一手资料，经过充分的论证，在实践中取得了良好的效果。为此，下文先对天馈线系统的原理作一些了解，以便对天馈线系统有必要的正确认识。

2.1 天馈线系统的组成

天馈线系统是广播电视信号传输中的重要设备,它由天线、分馈线、变阻器和主馈线组成。天馈线系统的构成较复杂，一旦发生故障，就会使发射机产生较大的驻波比，对安全播出造成严重影响。

天馈线系统工作的稳定性，决定着广播电视信号播出质量，因此，做好系统的设计与建立可靠的技术保障措施，是确保广播电视安全播出工作的重要环节。

天馈线系统分单馈和双馈两种传输方式，天线的层数也由1～8层不等，方向的指向性分全向和定向两种。下面就以四层四面全向发射天线为例，对四层四面单馈发射天馈线系统架构图（见图1）和四层四面双馈发射天馈线系统架 构图（见图2）进行分析比较。

图1 四层四面单馈全向发射天线架构图

图2 四层四面全向双馈发射天线架构图

2.2 发射天线的作用与原理

发射天线是将发射机的功率信号能量有效地转换成空间传播的电磁波能量，现应用于广播电视发射机的天线种类主要有两种：双偶极子天线和四偶极子天线。

广播电视发射天馈线系统，是发射机重要的组成部分也是一个重要而关键环节，因此，确保发射天馈线系统工作的稳定性是非常关键的一项工作任务。天馈线系统的功率容量、天线增益和带宽都有了很大提高，能满足全频段的工作要求，给广播电视技术提供了便利和可靠的技术保障。随着广播电视科学技术的发展，从图2和图2的架构图中可以看出，天线分为四层，上半部两层为一组，下半部两层也为一组，天线振子通过分馈线分别对应连接于相应的8功率分配器，组成了一幅四层四面全向发射天线系统。

2.3 单馈和双馈的作用

在主馈线系统中，有单馈和双馈之分。单馈是将发射机输出的功率信号，直接送入整个天线系统，而双馈顾名思义就是采用两根单馈同时进行工作。

双馈技术最主要的优势是有效提高了天馈系统的功率容量和工作的可靠性。它是由两根电长度相等、相位差小于5°的主馈电缆分别对天线系统的上半副天线阵列和下半副天线阵列传送功率信号。也就说，由图2的四层四面全向双馈发射天线架构图可以看出，在双馈系统中，由两根主馈电缆分别连接于对应的上半副天线阵列和下半副天线阵列，各组成了一幅发射天线，当系统发生故障时，通过天线开关板的切换，可以选择无故障的另半副天线阵列进行工作，保障了安全播出。

3 天线开关板切换系统的功能与原理

开关板是广播电视无线发射天线双馈技术的核心设备，它是在功率分配器的基础上发展起来的，也就是在功率分配器的输入和输出端，增加几个可转换的接口，便捷地实现发射机输出功率信号可与整副天线阵列、上半副天线阵列（天线1）或下半副天线阵列（天线2）馈电倒换，确保了广播电视安全播出。在结构上，有3 dB耦合器型和直分型两种。3 dB耦合器型开关板的两个输出端口有较高的隔离度，但直分型天线开关板的工作频带更宽。在数字电视发射普及的今天，直分型天线开关板更常用。

3.1 天馈系统正常工作运行时

发射机的射频功率信号经开关板将总功率信号分为两路等功率和等相位，再分别馈送给上半副天线阵列（天线1）和下半副天线阵列（天线2），上、下半副天线阵列发射的电磁波信号在空中进行合成，完成了整副天线的正常发射功能，原理图如图3所示。

图3 开关板原理图

3.2 下半副天线阵列故障时

当下半副天线阵列（天线2）出现故障时，把开关板上的信号输入端口和天线1端口通过转接器直接连接，将功分器旁路，此时的工作状态为发射机的功率信号通过开关板上的转接器后，再由单馈将功率信号传送到上半副天线阵列（天线1）工作，下半副天线阵列（天线2）停止运行，完成了正常播出，如图4所示。

图4 输入端口与天线1直连示意图

3.3 上半副天线阵列故障时

当上半副天线阵列（天线1）出现故障时，把开关板上的信号输入端口和天线2端口通过转接器直接连接，将功分器旁路，此时的工作状态为发射机的功率信号通过开关板上的转接器后，再由单馈将功率信号传送到下半副天线阵列（天线2）工作，上半副天线阵列（天线1）停止运行，完成了正常播出，如图5所示。

图5 输入端口与天线2直连示意图

4 技术要求

在天馈线系统的维护和管理上，缺乏专业的技术维护人员，并受各种自然环境因素条件限制，因而，天馈线系统在方案设计、加工和安装中对质量要求就非常高。

在天线系统、双馈系统和天线开关切换系统中，其整个系统实现了在UHF全频段470～798 MHz频率范围内的宽带性能，电压驻波比指标小于1.08，功率容量大于30 kW，功率增益大于12 dB的优良性能和指标，完全能满足任何电视频率发射工作的需求。

5 天馈线系统的防水技术保障措施

双馈系统技术方案是技术安全保障措施中安全播出应急预案的体现，但它并不代表天馈线系统就不会发生故障。要确保天馈线系统不发生故障或尽可能地少发生故障，天馈线系统的技术保障措施的另一个重要环节则是做好天馈线系统防水保障工作。

天馈线系统发生故障主要是主馈线或分馈线进水而产生，导致进水故障则是由于馈电头内部防水密封胶圈和馈电头外部防水密封胶老化与变形，使密封的功能失去应有作用。这种情况发生后，在发射机工作时，由于天馈线系统在发射机功率的作用下，内部将产生一定的温度，使内部空气压力增大，通过防水密封受损处向外排出空气，并使内外空气达到平衡；当发射机停止工作时，由于天馈线系统内部温度将会与室外温度一致，其内部空气压力又将减小并低于外部压力，就会从空气中吸入潮湿的空气，从而引起故障。因此，天馈线系统的维护工作，使发射机的天馈线系统具有优良的气密性，是技术保障的一个重要环节，然后采用干燥空气充气机进行对发射机主馈线、变阻器和分馈线进行充气，可确保空气中水分不会进入到天馈线系统内部。

6 结语

在新形势下，我台大胆对发射传输系统中进行了技术改造，率先完成了具有安全性、可靠性、科学性和先进性突出特点的全频段发射天线与双馈系统和开关切换系统进行组合的实例，实现了发射机输出的功率信号可分别与整副天线阵列、上半副天线阵列或下半副天线阵列馈电的倒换，做到了不间断播出，将天馈线系统故障的影响降到最低，提高了发射系统稳定性，并使发射系统易于改频和扩展等多种优势，为广播电视的安全播出工作提供了可靠保障。