中波馈线系统改造

陈 艳

（广东省广播电视技术中心，广东 广州 510800）

0 概述

在广播事业的发展过程中，随着技术的进步，发射台会逐步对信号源、电源以及发射机等设备进行更新改造，但是因天馈线系统存在施工困难、工程量大以及无备用系统等因素，通常会沿用多年，随着使用时间的增加，馈线系统逐步陈旧老化，是中波发射台安全播出的薄弱环节，亟待进行更新改造，以保障整个系统的安全性，确保安全播出。广东省五二二台馈线系统使用多线式架空馈线，通过水泥馈杆架设在户外，已使用六十多年，虽然精心维护，但是不可避免地存在不同程度的馈线锈蚀、延展下垂、馈杆混凝土剥落以及钢筋外露等情况，其使用寿命也即将到期。为了保障天馈线系统的安全，五二二台对馈线系统进行改造。

1 改造方案

五二二台对馈线系统进行改造，根据广电总局《安全播出管理规定》及无线发射转播台实施细则，考虑作为安全播出一级保障的中波发射台，整个播出系统的信号源、电源以及发射机等均已配有备份保障，为了进一步提高整体安全保障能力，此次改造的天馈线系统也配置一主一备的双馈线和双调配网络系统[1]。结合发射台场地的实际情况，由于架设2条传统架空馈线占地面积大、位置不足且施工麻烦，因此新型空气绝缘射频同轴电缆以其优良的技术性能指标、占地面积小且施工方便等因素被选用，同时还要配套建设发射机、馈线以及调配网络的主备倒换系统。

2 同轴电缆选型

中波发射机主要使用国产的SDY系列的空气绝缘射频同轴电缆。当选择射频同轴电缆及其组件时，除了考虑频率范围、传输功率、特性阻抗、驻波比以及插入损耗等主要因素外，还应考虑电缆的物理特性、应用环境和使用要求。同时，电气性能指标要有足够的冗余度，以保证工作性能的稳定性[2]。传输功率是射频同轴电缆非常重要的技术指标。在选择和确定射频同轴电缆型号时，首先要通过计算确定所选择的同轴电缆能满足发射机对输出功率的需求，某台发射机的额定功率是50 kW，当调幅度为100%时，其峰值功率为200 kW，则所选电缆的峰值功率必须要大于该值并留有适当的余量。其次，当选择特性阻抗时，如果电缆的特性阻抗和系统中其他部件完全匹配，那么传输过程只有传输损耗，不存在反射损耗。电缆的特性阻抗与其内外导体的尺寸之比、填充介质的介电常数有关，尽量选择与发射机输出阻抗相匹配的电缆，某台所用中波发射机输出阻抗为50 Ω，因此选择特性阻抗为50 Ω的同轴电缆。选择同轴电缆的标称有效工作电压值要大于传输的高频电压值并留有适当的余量，其值主要取决于电缆内、外导体之间的绝缘间距，当发射机在额定载波功率运行时，额定电流为31.6 A，额定电压为1 581.1 V，100%调幅时最大电流为38.9 A，最大电压为4 471.4 V。同轴电缆在中波频段的驻波比必须符合要求，驻波比越小，说明电缆的一致性越好。综合考虑经济性、安全性以及可靠性等因素，五二二台选择使用国产的SDY-50-80-3同轴电缆，该型号电缆峰值功率达940 kW，最高工作电压为9.7 kV，内导体直径为34.7 mm，可承受104 A以上的电流，中波频段电压驻波比小于1.06，能够完全满足50 kW等级中波发射机的技术需要，并留有较大的余量。其余配套组件根据电缆尺寸进行选择。

3 同轴电缆施工安装

同轴电缆的安装方式有吊装、缆架安装、缆沟安装以及埋地安装，吊装可以利用原馈杆或架设新馈杆，将同轴电缆悬吊在馈杆上，但是吊架之间的电缆会有一些下垂；缆架安装可以利用原馈杆或架设新馈杆，在馈杆之间架设电缆架，再将同轴电缆铺设在电缆架上；缆沟安装将同轴电缆铺设在修筑的电缆沟内并固定；埋地安装则在地面挖1条地沟，放置同轴电缆后用土掩埋。由于原来的馈线馈杆已经使用多年，因此不宜再继续利用；基于场地原因，架设新馈杆和电缆架工程量大且施工不便；同时，考虑某台所处位置属于多雷电地区，而且馈线较长，架空安装易受雷击破坏，虽然埋地安装施工简单，但是易受破坏，不利于日常维护和应急处理；综合考虑经济性、安全性以及可维护性等多方面因素，选择新修建1条电缆沟，采用缆沟安装的方式来铺设安装同轴电缆。

根据国家广播电视总局发布的《中、短波广播天馈线系统安装工程施工及验收标准》（GY/T 5057—2020），从机房到调配室之间修建1条长370 m、宽60 cm且深50 cm的电缆沟，在离沟底高30 cm的位置每间隔1 m放置1根支架，用于架空和固定同轴电缆，电缆沟每隔一段距离预留1个排水口，避免雨水积聚在电缆沟内导致电缆长期受浸。在铺设同轴电缆的过程中要注意轻拿轻放，避免挤压、碰撞和损伤外保护层，入室时注意电缆的最小弯曲半径，不允许严重弯曲，如果同轴电缆发生损伤，破损处就会有潮湿空气进入，使电缆绝缘度下降，从而造成发射系统工作不稳定，严重的话会引起内外层之间拉弧短路，造成同轴电缆损坏。在沟内平行放置铺设一主一备2条同轴电缆，2条电缆不要重叠交叉，入室后对2条电缆进行等长处理，等长处理时注意电缆长度不能等于波长或1/4波长，裁切电缆时要将电缆尽量放平，注意不让铜屑等物体掉进电缆中，先用绝缘摇表测量电缆的绝缘度是否正常，确认铺放过程没有损坏电缆后再制作同轴电缆接头，将室内的电缆固定在机房和调配室的支架上。在电缆制作完成后，就可以进行电缆性能测试。为了提高电缆的耐压值，配置1台CQ-05充气机给电缆内部充入干燥气体，测量时保持内部气压为25 kPa，用2 500 V绝缘摇表测量电缆的绝缘度应大于500 MΩ，用网络分析仪测量电缆的特性阻抗Z0，在调配室电缆末端接入标准负载测量电压驻波比，对照是否符合技术要求。同时，注意观察电缆的气密性，电缆的充气下限可设置为2 kPa~10 kPa，上限设置为10 kPa~30 kPa，某台取高值设置，其保气时间大于24 h/次，证明电缆气密性良好[3]。

4 调配网络改造

原馈线的特性阻抗是150 Ω，改造后新电缆的特性阻抗为50 Ω，因此必须同步改造调配网络，根据调配室的面积和位置布局，在原来的调配网络旁边安装1套新调配网络，将新的馈线网络调试好投入试用，原来的馈线和网络在试用期间作为应急备份；新的馈线和网络经过一段时期的运行考验后，再拆除原来的调配网络，在原位置安装1套新的调配网络，完成馈线和网络一主一备的改造。新调配网络原理如图1所示，由Γ型阻抗匹配网络和同台3个邻频吸收网络组成[4]，用网络分析仪测得天线的特性阻抗Za为157-j189，须变换为50±j0的电缆特性阻抗接入同轴同缆。由于发射台地处南方多雷电地区，因此设计调配网络时要充分做好防雷保护措施。除了在天线塔基底部有1对铜放电球外，在调配室天线输入端也安装1对石墨放电装置，一个石墨球接天线，另一个石墨球用ø10铜螺杆接地，螺杆套上30~40个磁环，如果石墨放电球拉弧放电，石墨和磁环都有一定的阻尼放电作用，就可以使发射机的高频能量不会直接对地短路[5]，能够避免过大的冲击损害发射机。另外，Γ型网络采用在天线输入端并接15 μH电感下地形式，用于泄放感应静电和雷电直流低频成分；调配网络在天线与同轴电缆之间串接1只容量为1 160 pF的高压电容器，它对雷电直流可起到良好的隔离作用。通过以上的多重措施能够有效地保护设备免受雷电干扰破坏。在低阻抗的馈线侧并入3个邻频吸收网络，使发射机不会受到同台其他频率的干扰，能够稳定地工作。吸收网络通常有2个形式：1） 先串联谐振吸收干扰频率再并联谐振阻塞工作频率。2） 先并联谐振阻塞工作频率再串联谐振吸收干扰频率。可以根据实际情况灵活选用任意一种形式，某台选择了第二种形式，如图1所示。

图1 调配网络原理图

5 新旧馈线系统切换

由于要在不影响正常播出的前提下改造馈线系统，因此只能利用晚上关机的时间进行改造切换，五二二台制定了完善的改造切换方案（图2），分步进行改造。

图2 系统切换示意图

第一步：同轴电缆的安装连接。先将铺设好2条同轴电缆两端制作电缆头后固定安装在调配室和机房的支架上，机房侧垂直安装2个同轴开关，同轴开关2用于主备馈线的倒换，将同轴电缆头通过法兰、弯头等连接组件接入同轴开关2左右两侧的接口，上方接口用ø80硬馈连接同轴开关1下方的接口。

第二步：同轴开关1用于主备发射机的倒换，由于五二二台原使用2台电机作为主备机的倒换装置，通过2台电机的正反转带动触头来决定主备机接入天馈线或假负载位置，其与50 Ω/150 Ω阻抗变换网络及邻频吸收网络一同安装在机房馈线入口端的网络箱内，先将备份发射机至网络箱的硬馈连接断开，将发射机端的硬馈输出连接至同轴开关1左侧接口，再将同轴开关1上方接口用硬馈连接回网络箱输入端，使发射机可通过同轴开关1选择使用新馈线网络或旧馈线网络，将备用发射机接入新的馈线网络使用，而主用发射机通过网络箱使用旧馈线网络作备用，使用新馈线网络进行试运行考验。

第三步：将主用发射机输出馈管切割接入同轴开关1右侧接口，2台发射机均可正常使用新馈线网络，然后拆除调配室原网络，再安装1套新网络，连接主馈线和场地开关，完成馈线和网络的全部改造工作。

6 系统调试

第一步：调试调配网络，调配网络采用分段调整的方法，先调整3个邻频吸收网络，断开并联谐振网络与其他元件的连接，将LC并联回路一个接点断开，在接点两端形成LC串联电路，用网络分析仪测试线夹子接于两端，移动谐振网络的电感抽头调整电感数值，使其在本频谐振，当其阻抗接近为0 Ω时，将接点接回，再连接吸收网络其他元件，调整电路元件值，使整个吸收网络串联谐振于吸收频率；当3个邻频吸收网络都调整好后，接入整体网络进行调整，用网络分析仪在馈线网络连接点处往天线方向用工作频率测量此时网络的输入阻抗，由于设计电路时没有考虑一些引线电感及分布电容等因素，因此此时的匹配网络并不能使天线与馈线的特性阻抗完全匹配，还须适当微调电容C1、电感L1的值，使测量点处的阻抗值接近50 Ω，驻波比达到最小值。调整时先调整L1的电感值，使阻抗的实部接近50 Ω，再调整C1的值，使阻抗的虚部也接近0 Ω。在实际调整过程中，当调整C1的值时，阻抗虚部变化的同时，阻抗实部也会有些变化，此时又要重新调整L1和C1，经过多次反复调整，使接入点的阻抗值尽量接近电缆特性阻抗50 Ω。

第二步：在机房断开发射机与馈管的连接点，在接点处用网络分析仪往天线方向测量，再次进行网络微调，使电压驻波比的数值最小。

第三步：进行热调。由于馈线网络在加电工作时受电磁干扰、元件温升等影响，因此其参数跟仪器测量时会有一些变化，需要进行热调，将发射机满功率、满调幅度开机，对发射机的输出网络进行微调，使发射机与馈线系统达到最佳的匹配状态，工作状态符合要求。

第四步：调试完成后，开发射机满功率、满调幅运行，同台3个邻频的发射机也满功率、满调幅运行，观察设备运行状态是否正常，正常运行一段时间后，关机检查电缆、电缆连接点、网络元件和接点的温升情况，确保整个系统无异常温升，能够稳定地长时间运行。

7 结语

某台对馈线系统及调配网络进行了技术升级改造，应用新型空气绝缘射频同轴电缆取代传统馈线作为传输载体，提高了整个馈线系统的性能指标和传输效率；同时，优化了系统配置，实现了馈线及网络系统一主一备配置，补齐了天馈线系统的短板，大大提高了天馈线系统的安全性、稳定性和可靠性。系统投入运行以来，工作性能稳定，为保障安全播出发挥了积极作用，达到了预期的效果。