大连三〇三转播台四频共馈备塔改造纪实

滕文飞 梅峰

【摘要】由中波广播发射的天馈线系统是传播、接收信号中不可或缺的一部分，因此系统本身的性能直接决定了广播的传播功能。本文研究了大连三〇三的现实状况，并具体分析和挑选了改造备塔防雷的几个方案，在遵循天馈线阻抗匹配的工作原理和原则条件下，灵活运用信号传输的方法，重新匹配改造后的网络技术，其主要目的是为了有效提高三〇三转播台发射信号时的稳定性。

【关键词】中波广播发射;天馈线系统;防雷;匹配

1. 问题发现与分析

三〇三转播台坐落于大连市金州区西海工业园区的中心地带，由于转播台是在滩涂地带建造的，因此周围环境十分开阔，方圆几百米内都没有建筑物。三〇三转播台有四座超过100米高的发射塔，且发射塔完全由钢架组成，因此转播台经常受到雷电的攻击，特别是在每年的夏季，台站遭遇的雷电事故就更多了，受到了严重威胁。

当每年雷电频发的季节来临时，发射塔就特别容易被雷电击中，只要发射塔遭遇了雷击，雷电流就会通过发射天线进入到有中波广播发射的天馈线系统中，从而造成发射机的毁坏，而广播的正常运行是离不开发射机的作用的。技术工作人员去实地考察后发现，转播台的四频共用备塔之所以能实现不同频率之间的有效转换，都是六个真空继电器的作用，但是在最初的继电器设计中存在某些不足，以致于继电器和发射塔的石墨放电装置zz缺乏雷电泄露的隔离装置，也就是没有微亨级电感L0和隔直电容C0的安装，因此继电器在备塔受到攻击后很容易就会被破坏，详情看图1.1。

当备塔遭遇雷电的攻击后，在没有隔离和排放的情况下，强大的攻击力足以瞬间损毁继电器，甚至会使后续的网络器件和发射机受到损坏。雷电的攻击是非常霸道的，电流在经过真空继电器拨片时会产生大量热量，从而融化拨片的自身结构，拨片融化后就会和接片连在一起，也会导致信号传输的转换性能失灵。因为这一变化是出现在内部的，从真空继电器的外观上发现问题是很困难的，因此工作人员在检查机器时也很容易忽略。在继电器受到损坏的前提条件下发射信号，这时的频率不是正确的，就会出现网络不匹配等问题。备机备塔本身的意义是在主机主塔、备机主塔都发生意外时承担信号发射的工作，是一种最后迫不得已使用的应急方案，如果备机备塔也发生了意外，就一定会导致停播，影响人们的正常生活，所带来的后果的巨大的。由此可见，备机备塔的作用是非常重要的。

2. 防雷设计与网络匹配

中波广播发射台常见的防雷措施有：受到雷电攻击后利用天线尖端释放电能、配备石墨放电装置zz、隔直电容C0、微亨级电感L0、匹配网络、移相网络及溃管避雷器等等防雷措施。在已经发现问题的前提下，分析对比三〇三转播台的实际状况和各种防雷技术措施可知，由于已经装配了天线尖端释放电能和石墨放电装置zz，所以技术人员决定在备塔继电器的前端增加一个新的隔直电容C0（1500pF）和微亨级电感L0（60uH），再按照新装置的转播系统重新匹配网络，以此来解决或优化三〇三转播台持续受到雷电攻击的现象，在一定程度上提升转播台稳定持续发射信号的性能。

但是改造后出现了一个新问题，在增加了新的隔直电容C0和微亨级电感L0装置后，之前天线塔基的阻抗值就一定会发生变化，因此这时就需要适当的调整匹配的网络，由此来使天线阻抗和发射及馈线的阻抗是匹配的。根据三〇三的实际情况（单频发射，天线高度为106.5米）可知，四个备用电塔的发射频率都应该选择Γ网络，而各个频率匹配的网络电路（正Γ或反Γ）则是由具体数据决定。将L0（60uH）、C0（1500pF）相对应各频率的阻抗值代入串并互化公式中，便可得到新的天线阻抗值Ra±jXa，详情对照表2.1。根据上述表格各得882KHz和963KHz对应新天线品质因数Q值过小（Q=XL或XC/Ra，2～6）。因此在963KHz的C0后串联一个750pF（两个1500pF串联）的电容，这时963KHz的天线阻抗变成了76.66-j153.3Ω，在882KHz的C0后串联1000pF的电容，882KHz的天线阻抗变为57.64-j154.15Ω。

当得到新的天线阻抗Ra±jXa后，按照实部阻抗值Ra与馈线阻抗W（50Ω）的大小关系、天线高度（106.5米）、天线Q值、边带频率等因素，联系正、反Γ型匹配网络，来设计出合适的匹配网络匹配各项工作的频率，这时应挑选合适的元件。720KHz应选择正Γ型匹配网络（Ra=32.68Ω，小于W=50Ω），其它频率则选择反Γ型匹配网络（Ra大于W）。

上述计算公式中，X2表示Γ网络并臂元件阻抗值，X1表示Γ网络串臂元件阻抗值。无论正Γ网络还是反Γ网络，X1和X2根号前应互相取异号，根号前正负号的选取原则：一般电感不大于60uH，电容不大于2500pF。正Γ网络中从防雷角度应选X2为电感，在X2根号前应取正号，在X1根号前应取负号;从防高频干扰这个角度来考虑，应该选择X2为电容，在X2根号前应取负号，在X1根号前应取正号。反Γ网络Ra>W，根号前互相取异号，计算出来的X1和X2必定性质相反，选X2为电感，X1必定为电容;选X2为电容，X1必定为电感。而不是正Γ网络计算出来的X1和X2既可能是同性质，又可能是反性质。通常情况下都是根据天线侧向馈线的方向来计算的，分步去等效转换串臂和并臂，再将其计算进天线侧馈线中，处于串臂时就转化成串联模式，处于并臂时就转化成并联模式。可得到各匹配网络中X1和X2的值，其计算过程此处就不在赘述，1035KHz、963KHz、882KHz、720KHz对应的X1、X2的阻抗值，具体如表2.2所示。

如此就可得到改造后的各频率匹配网络基本构成，本次改造对于泄露网络的影响相对较小，可继续使用原泄漏网络。其电路图如下图所示：

根据上述设计的电路图实施安装工作，并利用矢量网络分析仪器随时调整网络，是天线阻抗和馈线特性阻抗是相等的，完成信号的匹配。

3. 改造效果

从2016年的5月开始改造，到2019年的12月31日正式完成改造，一共在三〇三发生了14次雷击和落雷，其中备塔天馈线系统直接遭受了三次雷电攻击，但是工作人员在雷击后没有检测出真空继电器和备塔调配网络元器件有损坏的情況，各个备机的频率发射状态都呈现良好趋势。之后，工作人员测试了经改造后的备机备塔发射的频率指标，测试结果都满足了中波发射机甲级技术指标的要求。转播台的各种测试结果均表明，此次改造基本成功，其设计符合标准，且最终改造结果也满足实际转播台的运转需求。为了长期的发展着想，系统的稳定性还需要经过长时间的检测才能最终确定。

4. 总结

中波广播的发射台大多坐落在开旷的地方，要求四周没有建筑物，由于发射天线塔的高度是有硬性要求的，因此发射台常常是该地区的高处，但是出于这种地形环境下的发射塔极易受到雷电的攻击。本文研究了三〇三四频公用备塔现在的防雷措施，旨在找出天馈线系统中存在的不足，并有针对性地去解决，给三〇三的公用备塔设计一套新的防雷方案及匹配网络，有效改造备塔天馈线的网络设施。本文的目的在于给我国中波广播台站的防雷和天调网络设计提供一定的借鉴，给同行带去重要的参考经验。

参考文献：

[1]韩大国.中波广播发射技术[M].合肥：合肥工业大学出版社，2015.

[2]冯旭栋.中波广播发射系统防雷技术[J].西部广播电视，2015，（04）：176-176.

[3]唐建林;三频共塔1KW中波广播发射机网络[J];青海师范大学学报（自然科学版）;2014年02期

[4]李文;周口中波转播台三频共塔天调网络的设计与应用[J];中国传媒科技;2017年04期