150KW短波發射機駐波比過大難題的解決

張紅海

（國家新聞出版廣電總局四九一臺，北京，100121）

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150KW短波發射機駐波比過大難題的解決

張紅海

（國家新聞出版廣電總局四九一臺，北京，100121）

摘要：本文主要探討150kW短波發射機的天饋線匹配問題，主要通過對發射機天饋系統參數的測試,找出阻抗失配原因及位置,利用改變原有系統阻抗達到使發射機-饋線-天線的良好匹配。

關鍵詞：駐波比；饋線及設計；特性阻抗

0　引言

通過借助室外天線交換開關改造工程，重新設計，改變原饋線路由及長度，調整天線開關位置,改變饋線出口到開關角度,使饋線的路由、長度、角度與理論值更為接近，實測駐波比大大減少。

1　理論分析

1.1天饋系統的匹配

天線本身性能對整個系統起決定性作用。發射機、平衡轉換器、高頻傳輸線、天線轉換開關與天線匹配好壞，直接影響天線性能的發揮。從發射機到天線，各部分的阻抗要保持連續性，如果不連續就要引入設備（如平衡變換器）使之連續，這就是阻抗匹配。阻抗匹配的意義就是使天線獲得最大的輻射功率，減小反射損耗，保持發射源的穩定。當高頻傳輸線與天線不匹配時表現為：天線駐波比VSWR增大，發射機和天線的利用率將降低，有效服務區將減小。此時天線阻抗存在很大電抗分量，較大的反射功率回灌發射機，使得發射機末級器件可能需要承受較大的過電壓，造成射頻末級功率器件的損壞，發射機穩定度降低，因此，將VSWR控制在較低的數值，是必要的。

1.2影響天饋系統失配原因

造成駐波比較大的幾大因素有：天線參數，饋線參數，轉換開關參數，安裝質量。實際工作中有很多影響VSWR的因素，如饋線中存在的阻抗突變點、饋線與其它設備的連接點接觸不良、跳線的轉折角度不和適、饋線與無關導體靠近、發射機與饋線失配、饋線與天線失配等，這些都會使電波在傳輸線上產生損耗和造成能量吸收。

首先分析天線，要使天線發射的電磁場最強，一是發射頻率必須和天線的固有頻率相同，二是驅動點要選在天線的適當位置。如果驅動點不恰當而天線與信號頻率諧振，效果會略受影響，但是如果天線與信號頻率不諧振，則發射效率會大打折扣。所以，在天線匹配需要做到的兩點中，諧振是最關鍵的因素。任何一副天線都不可能在工作頻段內調配成純電阻，所以，在某些頻點，天線會有容抗分量或感抗分量，統稱電抗分量，特別是在天線的截止頻率附近，電抗分量更大，天線一旦架設固定，要求系統去適應它。一般情況下是通過改變平衡轉換器的參數來平衡電抗分量的改變。如果效果不理想，就要通過調整饋線特性阻抗來實現匹配。

其次分析饋線，本機使用六線式籠型饋線平行兩股饋送，其特性阻抗公式如下：

其中：DC為籠型饋線直徑；DEC為籠型饋線等效直徑；de為單根導線直徑；D為兩籠型饋線間距；n為籠型饋線導線根數。

實際使用D為400mm，de為4mm，n為6根，DC為79.6mm代入公式計算結果為300歐姆。在決定饋線阻抗的幾個關鍵因素中，只有D受環境影響概率較高，只要饋線滿足直線平行，其特性阻抗基本不變。但在實際使用中饋線饋線因長度、環境、材質等諸多復雜因素的影響，其特性阻抗不會是理想的。

另外，平衡/不平衡阻抗變換器在系統中作用為阻抗變換（不平衡50歐姆轉為平衡300歐姆），將發射機不平衡輸出轉換為平衡輸出。通過調整轉換器參數（感抗和容抗）進行補償，使發射機與天饋線的電抗分量相互抵消，達到純阻狀態，即共厄匹配。對于15MHz的高頻頻段，系統阻抗中感抗增加，通過調整匹配器參數（7路電容，匹配器短路接地），均補償不夠，就需考慮其他部位。

最后說說天線交換開關。天線交換開關的作用是能使發射機轉接到不同的天線，以滿足換頻及不同服務區的需要。對交換開關的技術要求是結構簡單，能量反射要小。為了使交換開關在系統中不引起較大反射，在發射機與天線之間交換接點數量應盡量少。交換開關理論上屬于傳輸線一部分，因為在高頻電路中，即使接入一小段短路線，也可能引起很大能量反射。所以系統反射較大，駐波比增高，天線轉換開關質量是重要因素。

2　問題判斷

通過以上分析，我們將最大可能出現問題位置定在了饋線路由、長度及天線交換開關，利用矢量網絡分析儀來分段測量特性阻抗。這一過程和計算將用于分析平衡饋線。先前用傳輸線輸入阻抗的計算方法，獲得了特性阻抗。現在通過測試來獲取特性阻抗。

實際VSWR測量

首先利用實際頻段，開路、短路及特定負載條件下，采用標準連接器校準VNA。通過在測試頻帶采用掃頻測試信號來對散射參數(S參數)進行測量。利用輸入阻抗和反射系數參數測量來對反射特性進行分析。

假設發射機端發出的信號功率恒定不變。反射回發射機的信號功率的增加將會導致到達負載端信號功率的相應減少。饋線上傳輸的電磁波遇到終端時，由于阻抗不匹配就會導致出現反射現象。反射系數Γ由下式計算 ：

當ZL=ZO時即為阻抗匹配，反射系數為0。將反射系數帶入下式來計算：

在計算VSWR時需要利用矢量網絡分析儀VNA分析信號的入射、反射和合成波。在分析儀上觀察天饋系統中傳輸信號的入射、反射、傳輸和駐波的波形。在第一個時刻，信號輸出波形是一個正弦波，它與反射信號同相，這也可能是最大的駐波幅值。在第二個時刻，入射波與反射波的相位彼此相差180度。因此，這時的駐波幅值可能是最小的。如果已知駐波的最大幅值和最小幅值，那么系統的實際VSWR就可以按照下式計算出來了：

3　改進措施

3.1新開關選型

經過市場調查，北京中廣廣播電視工程有限公司生產的天線交換開關。該交換開關為室內型，室內饋線加裝屏蔽，開關連接方式為硬饋直接饋線間距300mm，駐波比小。

3.2安裝調整

（1）依照設計方案進行饋線路由走向的確定。交換開關選型、定位。

（2）完成交換開關的連接和安裝以及網絡參數的測試及調整，接入總控制系統。

（3）各控制信號線與天饋線控制系統的連接，進行線路復查核對，接線無誤后再進行通電測試。

3.3系統運行測試調整

電控功能倒換測試，包括將手動/自動倒換開關置于手動位置，接通控制電源，查看天線交換開關位置指示，反復按下倒換按鈕進行倒換，觀察交換開關接點、限位開關的接觸情況，指示開關位置。

自動切換功能測試：將電動/自動倒換開關置于自動位置，利用運行圖控制開關自動倒換。

發射機運行保護功能測試：外部聯鎖保護測，發射機工作在有功率輸出狀態下天饋線切換系統不能操作保護功能測試。

4　結論

發射機運行參數其參數穩定，工作狀態正常。自啟用以來，發射機指標符合要求，15MHz頻段駐波比明顯減小，發射機狀態穩定。天線頻段11MHz—17MHz范圍內進行試驗，駐波比均較小，在12MHz—16MHz頻段范圍內，駐波比為1.05—1.3范圍之間，播音的15MHz的駐波比為1.15，發射機未出現因駐波比故障引起燒壞大型器件事件。

150KW short wave transmitter in Bobbi too big problem solving

Zhang Honghai
（State Press and Publication Administration of radio 491，Beijing，100121）

Abstract：This paper mainly discusses the 150KW shortwave transmitter antenna feeder matching problem, mainly through the transmitter antenna system parameters test, find out the impedance mismatch causes and location of distribution by changing the impedance of the original system to make good match transmitter feeder antenna.

Keywords：Bobbi;feeder and design;characteristic impedance