中波广播发射系统天调网络的构成及应用

2024-01-09新疆维吾尔自治区广播电视局2071台张冉

卫星电视与宽带多媒体 2023年23期

■ 新疆维吾尔自治区广播电视局2071台：张冉

中波广播发射技术是一项实用性强、社会价值和经济价值并存的技术，在地面、天空两个领域都有较强的使用价值。在发射、传播、接收过程中，中波的利用存在一定的技术难度，对中波广播发射系统有较高的依赖性。天调网络是现代高新科技的融合产物，具有发射效率高、发射稳定、维护难度低等优势，专门用于发射机的天线和馈线之间，促使中波广播发射系统稳定运行。天调网络在整个中波广播发射系统中有着重要的作用，为整个发射系统正常运行提供能量传输、阻抗匹配、抗干扰等方面的保障。

1. 中波天线工作原理

天线是中波广播发射系统天调网络的关键，是一种能量转换器，能够将高频电流转换成电磁波。天线的发射和接收，需要参考方向性系数、效率、增益、仰角、阻抗等多重参数，并满足互易性定律。天线的极化是指电场矢量的端点随时间变化形成的轨迹，包含线、圆、椭圆三种极化现象。其中线极化还包括垂直和水平两个极化方向。中波天线主要采用地面铁塔作为发射、接收电磁波的天线，所以中波广播发射系统天线是一种垂直极化天线。天线的有效辐射高度与天线的高度、电磁波波长有关，如表1所示，只有当天线的高度相当于电磁波长度的四分之一，或相当于电磁波长度四分之一的整数倍时，天线才能够有效辐射电磁波[1]。

表1 不同高度的天线地面损耗电阻、效率

在中波广播发射系统中，天线的有效辐射高度=0.53λ。天线的阻抗与天线的高度、辐射频率、地导系数等参数有关。

地网铺设通常采用放射状，以中波天线作为圆心，向四周均匀向外铺设。参与地网建设的接地棒多为Φ2～3的铜线或铜包钢线，数量为15～120根，长度为0.3～0.5λ，具体长度需要根据中波天线的电磁波长度、天线高度、地网铺设范围划定。地网的埋设深度通常在地下300～500 mm内，既能够避免埋深过浅，受地表耕作影响，又能够避免埋深过深，增加地网铺设的难度和工作量。

2. 中波广播发射系统中天线调配网络的组成

天调网络，全称天线调配网络，包含预调网络、匹配网络、阻塞网络、陷波网络、防雷系统等多个部分，能够接收到高频电磁波，是中波发射系统的重要组成。

2.1 预调网络功能

预调网络是一类串联、并联元件，主要用于双频共塔天线，可协调两个不同频率带来的不同阻抗，可避免不同频率带来的不同电压、电流之间相互影响，减少双频共塔的噪声、串音、稳定性不足现象。串联元件和并联元件在天线底部接入，还能够帮助中波天线管理人员进行不同频率下阻抗的计算，并起到一定的防雷作用[2]。

2.2 匹配网络功能

匹配网络是一种用于天线输入阻抗匹配馈线特性阻抗的传送网络，能够改善机房与天线物理距离较远带来的匹配难问题，能够改善高频能量高效传送难、容易形成驻波的问题，保护发射机的安全和工作效率。匹配网络通常可分为Γ、倒Γ、T、Ⅱ型，分别有不同的特征和应用优势。①Γ型匹配网络具有结构简单、元件少、适配度高的优势。当馈线特性阻抗高于天线输入阻抗，且品质因数Q处于2～6时，多采用Γ型匹配网络；反之，采用倒Γ型匹配网络。当品质因数超出2～6时，需采用其他类型的匹配网络。②当品质因数Q小于2，且馈线特性、天线输入阻抗都小于100Ω，比值小于5时，需要采用T型匹配网络。T型匹配网络可以被视作一个Γ型和一个倒Γ型的串联产物。③当品质因数Q小于2，且馈线特性、天线输入阻抗都大于150Ω时，需采用Ⅱ型匹配网络。Ⅱ型匹配网络可视为一个Γ型和一个倒Γ型的串联产物。T型与Ⅱ型的差别在于，T型是并联臂上的两个电容或电感并联下的网络，Ⅱ型是串联臂上的两个电容或电感串联下的网络。④当品质因数Q大于6时，需在Γ型匹配网络的基础上进行天线阻抗调整，以此来满足天线输入阻抗与馈线特性阻抗的匹配需求[3]。中波广播发射系统中多采用T型匹配网络，原因在于中波广播发射系统所采用的馈线特性抗阻较小且满足T型匹配网络的要求；T型网络能够通过不同的电容或电感组合调整品质因数Q，实现精准的网络变换，满足中波广播发射系统对Q值的要求。

2.3 阻塞和陷波网络功能

中波天线在发送信号的同时也在接收信号，临频信号会通过馈线进入发射机，形成高频干扰倒送现象，导致发射机内出现信号波形畸变，甚至可能在倒送现象持续增强的过程中出现场效应管爆裂的可能。阻塞网络是预防天线高频电压倒送现象的关键环节，能够有效避免场效应管损坏，避免中波广播卡顿、停播的情况。阻塞网络实际上是一种并联谐振电路，当它串接在天调网络上，并且谐振频率等于要抑制的干扰信号频率，谐振发生时能够产生大阻值，对高频干扰信号形成抑制，减少其进入发射机的可能性。而阻塞网络对于发射机而言属于电抗，谐振频率小于工作频率则属于容性电抗，谐振频率大于工作频率则属于感性电抗。陷波网络实际上是一种串联谐振电路，以串联形式接入中波天线系统中时，一端连接天线，一端接地。陷波网络可以为进入馈线的干扰信号形成一个较小的阻抗，引导干扰信号通过这个阻抗较小的通路直接进入地网，形成对发射机的保护。陷波网络同时是工作时的阻塞网络，中波天线管理团队判断何时使用陷波网络，何时使用阻塞网络，需结合高频信号对中波天线的干扰强度。陷波网络对于发射机的保护弱于阻塞网络，但阻塞网络对中波天调网络的功率损耗大于陷波网络，所以当干扰频率较大、发射机对防护需求较大时应选择阻塞网络，当干扰频率较小、发射机对防护需求较小时应选择陷波网络[4]。

2.4 避雷系统功能

避雷系统是中波天线系统中预防雷电导致功放管过热、过流、损坏情况的关键，其中包含放电球、电感线圈、地网等。放电球材质以石墨为佳，放电效果优于金属材质放电球；放电球接地线由磁环和金属杆组成，磁环数量在45~55范围内。石墨放电球+磁环+金属杆可在雷电击中瞬间的形成一个对地通路，使电流无阻进入大地，电感不会超过几十微亨，最大程度上发挥放电球对天线的保护作用，解决塔基遭遇雷击时放电不彻底的问题。微亨级电感线圈通常链接在天线下端，是相较于放电球阻抗更小、防雷效果更好的选择。线圈通常选择直径较大、长度较小、圈数较少的铜条、铜管，既能够减少自身电阻分量，又能够减少电抗分量，基本不存在遭遇雷击时放电不彻底的问题，能够将雷电带来的能量全部释放入大地。耐高压电容隔离通常以串联方式安装在天调网络中，C0取值通常在1000～3000PF之间。C0取值越高越能够隔离雷电对电动机的影响，但过高会影响中波频率的压降。中波天线建设和管理中常采用多只耐高压电容并联可提高电流幅值，串联可提高耐压幅值，充分发挥电容的特性。在进行串并联时，应选择相同规格、大小的耐高压电容，避免出现电容量不同导致电压、电流不同的“短板效应”，避免增加耐高压电容的使用风险。

3. 中波广播发射系统天调网络的实际应用和维护

3.1 天调网络应用前调试

不同规格的发射机、天调网络需要采用不同的方式进行调试准备，提高调试的准确性，保证调试的安全性，为天调网络的正式应用做准备。

3.1.1 明确调试原理，为调试工作提供参考

明确调试原理是天调网络应用前调试工作的重要一环，能够使调试人员掌握切实可行的调试参考依据，提高调试的准确性。比如，面对900 kHz的发射机，调试工作开展过程中应以仪表面板所展示的各项数值作为调试参考；1300 kHz的发射机在进行调试时，则需以天线作为调试参考。这是因为1300 kHz的发射机仪表面板表头量程范围较900 kHz的发射机更大，准确性更低，不适合作为调试参考。

3.1.2 做好调试准备，为安全调试奠定基础

在调试工作正式开始前，调试人员须先熟悉天调网络的图纸，准备好调试所需的顺序、材料以及安全保护装置，降低调试过程中出现问题的可能性。比如，放电球间隙是重要的调试内容之一，调试人员须提前熟悉天线放电球的位置和间隙规格，按照规则逐步调试，避免出现调试不达标、放电球损坏的情况。

3.2 天调网络应用中维护

天调网络运行过程中，受到环境、天气因素的影响较大，可能出现工作效率低、元件损伤、发射机稳定性受损等不同程度的问题，影响中波广播发射系统的运行效果。所以，做好天调网络应用中的维护工作，是运维人员的工作重点。

3.2.1 使用专门的工具，降低对元件损伤

中波广播发射系统天调网络中包含很多元件、线路，属于高科技含量较高的技术设备，保养维护时需注意人为操作对元件的损伤。运维人员在维护中需使用专门的工具，并遵循轻拧、轻修、慢推、快焊的运维原则，降低对细小元件、线路的人为损伤，确保维护动作不会成为天调网络新的故障元凶。除了要使用专门的工具、谨慎对待元件维护外，运维人员还应定期对天调网络进行除尘、清杂工作，降低细小灰尘堆积给天调网络元件带来的负面影响，使天调网络零部件处于安全的运行状态。

3.2.2 注意安全用电，保护运维人员安全

中波广播发射系统天调网络是依赖于电波、电磁波而运作的系统网络，电能贯穿于系统运行的全过程，运维人员经常需要在保持中波广播发射系统连续运行的情况下开展维护工作，对电路、元件的工作状态进行检查。所以，注意安全用电是保护运维人员安全，降低电安全事故发生概率的重要一环[5]。

3.2.3 天调网络的检测维护常用技术阐述

在中波广播发射系统天调网络维护过程中，运维人员常用外观检查、仪器测量两大类技术方法，在最短时间内找到故障所在，并提出解决问题的方案，为中波天调网络的稳定运行提供保障。①外观检查。外观检查对运维人员自身的工作经验、工作能力有较高的依赖性，运维人员通过观察、倾听、嗅闻、触摸等手段去发现中波广播发射系统天调网络当下运行状态中的异常，去判断异常背后可能存在的故障类型和故障位置，并给出针对潜在故障问题的解决办法，将隐藏故障消灭于萌芽，保证中波广播发射系统的稳定运行。比如，运维人员在外观检查时发现，瓷饼电容存在温度过高的问题，需要及时进行判断和微调，找到连接不畅导致温度过高的连接点所在，及时排除隐患，避免局部温度过高影响天调网络的安全。②仪器测量。借助测量仪器、仪表面板参数确定中波广播发射系统天调网络中存在的问题，确定中波天调网络故障的类型和位置，提出解决方案，是运维人员面对高科技技术设备时的常用检测维护技术。电流、电压、电阻是中波天调网络中的重要运行元素，天调网络中各个元件、线路的安装和使用都需考虑这三个元素，所以，电流法、电压法、电阻法也成为中波天调网络中的基础测量方法。

3.2.4 做好天调网络信息记录和存档备查

中波广播发射系统天调网络的日常运行信息需及时记录存档，这是运维人员判断天调网络是否出现隐藏故障的重要参考。运维人员通过调查天调网络的运行信息，发现发射机面板上的驻波比出现波动，有超出安全界限的趋势，应及时检查天线匹配网络，降低驻波比，保证发射机的运行功率。运维人员还可通过日常信息的记录，判断中波广播发射系统中需要重点进行微调的元件、线路或系统组成，安排好停机检查的工作内容，减少停机所需的时间成本，保证中波广播发射系统的满功率运行。

3.2.5 定期检查维护地网，保证接地安全

地网是天线在接收、发射电磁波过程中保证安全的基础，定期检查和维护地网安全是运维工作的关键。地网连接处、外围接地铜条等都是运维人员的地网检查关键，可提高地网的安全性，降低地网故障带来的能源损耗、安全风险。比如，运维人员在仪器测量中发现地网电阻低于正常状态，无法为天调网络提供安全的接地服务，须及时排查地网出现的故障。如果发现地线脱落、焊接处脱离等安全问题，须及时进行处理，保证地网处于标准运行状态，为中波天调网络提供稳定的接地防雷服务，保护发射机等关键零部件的安全。