40KW四层四面双偶极板调频天线的安装与维护检修

王书刚

（山东广播电视台 山东 济南 250062）

引言

调频发射机房搬迁到新广电中心大楼，机房内发射机分2组播出，每组15KW，需要在新大楼铁塔上新建2付40KW四层四面双偶极板天线和1付20KW四层一面单偶极板备用天线，当主天线发生故障时，倒至备用天线播出。

1 天线类型及极化方式的选取

调频机房发射机采用南北2组5+1方式播出，我们决定在铁塔顶端高23.5m桅杆上安装RFS904VPS-16D两组40KW垂直极化四层四面双偶极板调频天线，每组5+1用一组40KW双偶极板天线，天线由平行的两对半波偶极子及其反射板组成。根据济南东、南面地形高，西、北面地形低，且东、南多山的特殊地形地貌情况，我们决定采用调频垂直极化天线，它的水平面的场型接近一个圆，而垂直面内有一定的方向性，这样有利于山部地区和高楼遮挡区域收听。

2 904VP-16D天线系统参数

天线板参数。型号904VP，数量16个，偶极子2极，每板增益（在中心频率处）7.5dBd，每板输入功率额定值3.5kw，天线板输入连接器7-16。天线系统方向分布参数见表1。

天线塔参数。天线塔下部分宽为5m×5m，桅杆部分宽3.6m×3.6m，天线塔高48m，桅杆顶端安装天线部分23.5m。

能量分配参数。输入功率分配器为4路等功率分配，次级功率分配为8路等

表1 天线系统方向分布参数

功率分配，分支馈电电缆型号为lcf12-50J，长约11M。

电气参数。天线型号904VPS-16D，频率范围87—108MHZ，垂直极化，阻抗50Ω，驻波比＜1.07，功率40KW，输入功率连接器1×4-1/2法兰，位于天线中央。天线增益7.11dBd(5.14倍)，波束倾斜1.0度，第一零点填充≥15%E／Emax，天馈系统水平场形不圆度＜±3dB。

机械参数。偶极子振子为不锈钢材料，外导体采用厚壁≥2㎜的不锈钢，带有玻璃钢保护盖，中间用聚四氟乙稀绝缘。反射板由镀锌钢管焊接而成，以减少天线的风荷。功分器采用铜质材料。天线板耐温-10-50℃，耐压10-35kpa，最大抗风速240km/hr，重量约1450kg。

天线的方向性。由于振子后面的反射板的作用，双偶极板线是一种有较强方向性的天线，天线在等距离的各点上产生的场强随空间方向(θ,φ)变化的图形即方向图，从904VP-16D天线方向图可以看出，该天线水平方向既实现了方向幅射，又尽量减小了水平方向的不圆度（水平方向的不圆度＜±3dB），垂直方向则很好的解决了零点填充问题。

3 功率分配器

功率分配器由一组同轴的阻抗变换线及其相应的输入、输出接口组成。每组天线有1个一分四和4个一分八功分器，一分四分到天线的四个层面，然后再用4个一分八，每个一分八连接一层的8个振子，4个一分八连接到四层四面32个天线振子。每个功分器的输入阻抗为50Ω，输入、输出间有阻抗变换，4路功分器的阻抗变换为50Ω/4:50Ω，8路功分器的阻抗变换为50Ω/8:50Ω，功分器中的阻抗变换线是多节的λ/4的阻抗变换线，其节数是按输入、输出阻抗变换比及对工作带宽、驻波比的要求选定的。功分器的驻波比小于1.05，气密性好。

4 主波束下倾与零点填充

主波束下倾、零点填充是调频广播天线安装的2个重要技术环节，天线增益确定后，处理好这2个环节，才能保证天线幅射能量的合理有效分配，使发射天线在视距范围内达到良好的覆盖效果。

4.1 主波束下倾

如果天线系统采用等幅同相馈电，天线系统的主波束垂直于铁塔的中垂线，当天线架设在高处且覆盖半径达到一定距离时，由于地球曲率的影响，大部分能量不能落在幅射区内，造成能量损失。为了增加天线向下半空间幅射能量，提高电波能量的利用率，使远区场与天线附近区域有较均匀的场强，并且避免同频干扰，应使发射天线电波波束的主辐射方向朝地面方向倾斜一定角度。根据实际情况，我们安装时天线振子和反射板向下倾科1.0度，这样波束也向下倾斜1.0度，较好的达到了利用场强和防止同频干扰的目的。

我说：“再过几年，我就长大了，我不知道我长大了干什么。宁国江山被胡人占了一半，我不知道什么时候才能把胡人赶走。”

4.2 零点填充

增加天线层数也就增加了天线增益，使天线能量幅射有了方向性，一些方向天线幅射能量较强，一些方向幅射能量较弱，造成副瓣增多，零点值增多，天线铁塔附近区域形成多圈零幅射环带，即主瓣和副瓣之间的夹角，环带内没有直射电磁波，只有绕射波和反射波，信号较弱，影响最大的第一和第二环带需要进行一定的填充。本天线采用电气法，即不采用等幅同相馈电，根据天线所得位置和覆盖区域，利用计算机软件分析天线单元馈电相位或相位分布，得到最佳垂直面主波束下倾与零点填充幅度，本天线波束向下倾斜1.0度，第一零点填充≥15%E／Emax。由天线系统下倾角和天线单元的馈电相位确定天线单元分馈线的长度[1]。

5 天线的可视距离与覆盖范围

表2 T1、T2天线的覆盖范围

6 天线的安装施工

两层天线垂直间隔3.05m。两副天线均采用四层四面垂直极化FM双偶极板天线，天线作水平面全向发射，增益约7.5dBd。主馈线为单馈方式。天线采用90°相移馈电方式，还采取了使垂直面方向图的主波束适当下倾和零点填充的措施。

第一付天线T1 FM：天线播出五套节目：（设计频率为97.4MHz）。发射机的五个工作频率为：91.9MHz、96MHz、99.1MHz、101.1MHz和105MHz。发射机功率均为3KW，总功率为15kw。

第二付天线T2 FM：天线播出五套节目：（设计频率为97.1MHz）。发射机的五个工作频率为：89.8MHz、95MHz、97.5MHz、98.6MHz和102.1MHz。发射机功率均为3KW，总功率为15kw。

安装时，反射板、天线振子要按所在位置用卡具固定好，馈线与转换接头、转换接头与功分器、功分器与分支电缆、分支电缆与天线振子之间均要可靠连接，连接好后要做好天线指标的测试，边测试边调节天线各环节，直到天线参数达到要求。最后将各连接头用硅胶防水胶布密封好，以防漏水。

7 主备天线的切换

在2付主天线的下面安装了1付20KW4层1面单偶极子天线作为备用天线，机房安装有主备天线切换开关，一旦主天线出现故障影响播出，可以将发射机降功率，倒至备用天线播出。

8 天线的维护检修

天线架设在高楼铁塔上，高空风大，机械震动不止，反射板、振子、卡箍等金属件容易疲劳受损，冬冷夏热温差大、湿度大，天线上的绝缘材料老化的快，天线又在高空铁塔上出现问题不易及时发现，因此，除应选用品质优良的天馈线外，还要加强对天馈线的经常性维护。

8.1 维护检修的内容

①是检查各功分器与主馈线、分馈线接头处连接是否紧密，有无发热现象，发热说明连接松动，易打火击穿。接头封胶时间久容易老化进潮气，需要打开去除老化封胶，重新使用新封胶密封。

②是检查主分馈线，看外皮是否有损坏、变形、烧焦等现象，定期测量馈线的绝缘电阻（≥100MΩ），查看外导体接地。

③是检查天线振子、反射板、紧箍卡、紧箍线有无老化、锈蚀、裂纹、松动,绝缘材料有无老化现象，一旦有问题，及时更换。四是看铁塔外表漆是否有剥落现象，剥落严重必须及时刷防锈漆和外漆。五是检查电缆充气，注意保持电缆内的气压。

8.2 故障排除的方法

时常查看机房发射机驻波比，驻波比变坏应及时找出原因，直到指标恢复正常。寻找故障点，可采用分段测量的方法，先在主馈线的终端接上50Ω标准电阻，在其输入端测量驻波比，判断是否主馈线的问题。若不是，则问题出在天线上面。这时，可进一步在天线上分段测量，判断是哪个分支电缆或天线单元的问题。毛病多半出自雨雪天气之后，天馈线或者功分器的某处进了水或潮气，使绝缘电阻大大下降，甚至形成短路，通过分段测量的办法可以找到出问题的地方。然后将它们打开、擦干、用电吹风吹干，驻波比指标一般即可恢复，然后，重新热塑、密封[3]。

9 结语

天线使用2年来，我们到济南市区及郊区多个位置监测收听，播出信号基夲满足市区66dB、农村54dB以上的要求，发射机播出驻波比均在1.05以下，信号稳定可靠，收听信号清晰，达到了预期设计安装效果[4-5]。