UHF 頻段電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰技術(shù)研究

劉澄宇*

（貴州省新聞出版廣電局七九四臺(tái)，貴州六枝，553400）

UHF 頻段電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰技術(shù)研究

劉澄宇*

（貴州省新聞出版廣電局七九四臺(tái)，貴州六枝，553400）

長(zhǎng)久以來冰凍災(zāi)害對(duì)人們的日常生活的影響很大，特別是對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響非常大；如交通運(yùn)輸?shù)龋辉趶V播電視以及通信行業(yè)危害也是極其嚴(yán)重，其危害既有危及鐵塔安全，也危及電波的傳輸和接收的安全。本文對(duì)結(jié)冰對(duì)高山發(fā)射天線的影響，結(jié)冰帶來危害；對(duì)UHF頻段電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰研究的解決，提供解決方案的思路。

UHF頻段；冰凍雨雪；天線自動(dòng)除冰；除冰單元

引言

由于高山臺(tái)站多是地處高山，海拔較高，冬季周邊環(huán)境寒冷惡劣，風(fēng)大云霧多，冬季冰雪凍雨是經(jīng)常出線的事情，特別是我們南方貴州，凍雨是一件非常頭疼的事，而冰凍對(duì)我們廣播電視的影響，對(duì)我們安全播出的影響，危害既有危及鐵塔安全，也危及電波的傳輸和接收的安全。卻是一件不可輕松的事情。

1 背景

我國(guó)幅員遼闊，從南到北緯度縱跨近50°，包括寒溫帶、中溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶和赤道帶等6個(gè)不同氣候帶和一個(gè)特殊的青藏高寒區(qū)，從東南向西北依次包括濕潤(rùn)、亞濕潤(rùn)、亞干旱和干旱四種不同的干濕地區(qū)，從而形成了不同的溫度帶和干濕地區(qū)相互交織的地理氣候特征。此外，我國(guó)地理環(huán)境的巨大差異，如距海遠(yuǎn)近、地形高低、山脈屏障及走向等，使得我國(guó)的地理氣候又可分為高山氣候、高原氣候、盆地氣候、森林氣候、草原氣候和荒漠氣候等，從而造就了我國(guó)地理氣候類型的多樣性。氣候的多樣性會(huì)給人們帶來豐富多彩的生活。冬季的冰雪能夠形成一道亮麗風(fēng)景線，冰雕、雪雕、霧凇等自然景觀往往引人入勝，令人心馳神往。然而，美麗的冰雪也會(huì)給生產(chǎn)帶來不利的影響，部分地區(qū)不必要的冰雪甚至?xí)o人們生產(chǎn)生活帶來災(zāi)難。

貴州省新聞出版廣電局七九四臺(tái)。隸屬貴州省新聞出版廣電局直屬四大高山發(fā)射臺(tái)之一。七九四臺(tái)建于1979年4月，2002年成建制上劃到貴州省廣播電視局（現(xiàn)貴州省新聞出版廣電局）。發(fā)射機(jī)房位于六枝特區(qū)關(guān)寨鎮(zhèn)老馬地大山（原墮卻鄉(xiāng)），海拔2016米。年降雨量1300多毫米，年平均日照1108.4小時(shí)左右，無霜期200至300天。辦公區(qū)位于六枝特區(qū)那克社區(qū)文化路10號(hào)（原平寨鎮(zhèn)）。目前轉(zhuǎn)播4個(gè)頻率4套節(jié)目，分別是：中央電視臺(tái)一套節(jié)目（即綜合頻道，電視19頻道）、貴州電視臺(tái)一套節(jié)目（即貴州衛(wèi)視，電視7頻道）、中央人民廣播電臺(tái)一套節(jié)目（即中國(guó)之聲，調(diào)頻100.4MHz）、貴州人民廣播電臺(tái)一套節(jié)目（貴州新聞廣播，調(diào)頻103.4MHz）。信號(hào)覆蓋安順、六盤水、畢節(jié)和興義四個(gè)地州市以及云南部分縣鄉(xiāng)。按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)劃，現(xiàn)正在進(jìn)行《地面數(shù)字覆蓋》工程，工程完成后，將有 6個(gè)頻率19至23套節(jié)目。

由于高山臺(tái)站多是地處高山，海拔較高，冬季周邊環(huán)境寒冷惡劣，風(fēng)大云霧多，冬季冰雪凍雨是經(jīng)常出線的事情，特別是我們南方貴州，凍雨是一件非常頭疼的事，而冰凍對(duì)我們廣播電視的影響，對(duì)我們安全播出的影響，卻是一件不可輕松的事情。

2008年春節(jié)前夕，我國(guó)南方地區(qū)遭遇歷史罕見的冰凍雨雪災(zāi)害。交通、電力、廣播、通信等遭受重創(chuàng)，1億多人生活受到嚴(yán)重影響，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)540多億元。其中2008年1月26日，貴州省黔東南州丹寨縣遭遇大面積冰凍災(zāi)害，一座連接電網(wǎng)主干線的鐵塔因難以承受冰凝重負(fù)而被拉斷，見圖1。

同樣由于受冰雪影響，貴州省新聞出版廣播電視局自管的10kV高壓輸電線路多處損壞，20kW 調(diào)頻發(fā)射天線振子局部斷裂，1座20米不銹鋼防雷塔倒塌，1根ESE400型避雷針和1根富蘭克林避雷針折斷，導(dǎo)致廣播電視信號(hào)停播，造成安全播出事故，嚴(yán)重影響廣大百姓收聽收看廣播電視。

圖1 倒塌的電網(wǎng)主干線鐵塔

另外，廣播電視發(fā)射天線表面結(jié)冰后也會(huì)對(duì)天線本身性能造成影響。天線罩表面形成冰層后，由于冰層的不均勻性，電磁波會(huì)在冰層表面產(chǎn)生散射，進(jìn)而影響天線的輻射效果，直接影響服務(wù)區(qū)域的信號(hào)穩(wěn)定性以及覆蓋區(qū)域。同時(shí)，電磁波會(huì)在冰層表面產(chǎn)生反射，造成傳輸損耗，影響輻射功率，使天線電壓駐波比升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成發(fā)射機(jī)損壞。

為了確保雨雪天氣廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的安全及設(shè)備的正常運(yùn)行，目前常用的方法是采用人工清理的方法。然而鐵塔往往較高，人工除冰方式操作困難，耗費(fèi)資源，效率低，并且利用人工清理凝冰存在較大安全隱患，因此需要要對(duì)廣播電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰技術(shù)進(jìn)行研究。

現(xiàn)有較為成熟的廣播通信天線防冰除冰技術(shù)包括：防護(hù)涂層、氣熱除冰和電熱除冰三種，并且均在衛(wèi)星接收天線領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而對(duì)于廣播電視，尤其是UHF頻段電視廣播發(fā)射天線幾乎無自動(dòng)除冰技術(shù)應(yīng)用的先例。因此，研究廣播電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰技術(shù)，研制開發(fā)相應(yīng)的自動(dòng)除冰發(fā)射天線對(duì)保護(hù)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備，提高塔臺(tái)服務(wù)質(zhì)量和穩(wěn)定性具有重要意義。

2 UHF頻段電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰的主要研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目將重點(diǎn)針對(duì)UHF頻段電視廣播除冰關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)算法進(jìn)行研究。一般而言，具備自動(dòng)除冰功能的電視廣播發(fā)射天線系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)控單元、監(jiān)測(cè)單元、控制單元以、除冰單元以及天線等五部分組成，如圖2所示。

圖2 廣播電視發(fā)富天線除冰系統(tǒng)原理框圖

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控單元

主要功能是對(duì)天線除冰系統(tǒng)整體工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)單元、控制單元、除冰單元進(jìn)行控制，同時(shí)亦可對(duì)控制單元進(jìn)行閾值設(shè)置。

（2）監(jiān)測(cè)單元

監(jiān)測(cè)單元由雨雪傳感器、溫度傳感器、視頻控制等模塊構(gòu)成，主要功能是對(duì)天線表面冰層、積雪情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并向控制單元反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（3）控制單元

控制單元由單片機(jī)、FPGA等控制電路組成，其主要功能包括：讀取監(jiān)測(cè)單元的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、控制除冰單元采取除冰措施。

（4）除冰單元

除冰單元一般采用電熱型除冰方式。電熱型除冰單元由加熱器以及鋪有加熱膜的天線組成，加熱器由控制單元控制，對(duì)加熱膜進(jìn)行自動(dòng)加熱。

UHF頻段電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰的研究過程中，要將重點(diǎn)針對(duì)以下技術(shù)難點(diǎn)開展相關(guān)技術(shù)研究，并提出相應(yīng)解決方案：

①根據(jù)發(fā)射塔頂周圍復(fù)雜多變的外部環(huán)境，快速確定融冰熱量；

②選取加熱膜的材質(zhì)，研究加熱膜對(duì)電磁輻射的影響；

③開展優(yōu)化并提高系統(tǒng)除冰效率方法的研究；

④研究提出除冰系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)控制的控制算法研究；

⑤研究提出控制單元對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析處理的算法；

⑥設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有除冰功能的 UHF頻段電視廣播發(fā)射天線。

3 項(xiàng)目實(shí)施

根據(jù)貴州省冬季雨雪天氣的特點(diǎn)，總結(jié)貴州省廣播電視發(fā)射天線結(jié)冰的規(guī)律以及冰雪對(duì)廣播電視發(fā)射天線的影響，研究UHF頻段電視廣播發(fā)射天線自動(dòng)除冰技術(shù)，在理論仿真的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)一套具備自動(dòng)除冰功能的UHF頻段電視廣播發(fā)射天線，并對(duì)相應(yīng)的性能和效果評(píng)估測(cè)試。

同時(shí)，選取典型的高山臺(tái)站，進(jìn)行實(shí)際安裝使用，測(cè)試具備自動(dòng)除冰的UHF頻段電視廣播發(fā)射天線的實(shí)際除冰效果以及天線的各項(xiàng)性能指標(biāo)。結(jié)合實(shí)際使用情況，進(jìn)一步優(yōu)化UHF頻段電視廣播發(fā)射天線的技術(shù)參數(shù)。

4 結(jié)束語

次項(xiàng)目研究，如果能有效的實(shí)施，將極大的改善廣播電視發(fā)射的安全播出環(huán)境，對(duì)廣播電視安全播出的提高起到很大的作用。

[1]蔡南先. 電波與天線[J]. 中國(guó)廣播電視出版社出版發(fā)行,1992,(7).

[2]李莉. 科學(xué)出版社出版、發(fā)行[J],2009,(8).

[3]王國(guó)才. 超短波天線增益測(cè)量誤差與分析[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,1982,(11).

[4]楊昌慶. 關(guān)于整合網(wǎng)絡(luò)電視臺(tái)的思考[J]. 中央電視臺(tái)《現(xiàn)代電視技術(shù)》編輯部出版,現(xiàn)代電視技術(shù),2014,(6).

[5]王志林. 廣電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)牢牢把握家庭互聯(lián)網(wǎng)的主導(dǎo)權(quán)[J]. 中央電視臺(tái)《現(xiàn)代電視技術(shù)》編輯部出版,現(xiàn)代電視技術(shù),2015,(12).

Research on Automatic Deicing Technology of UHF Band TV Transmitting Antenna

LIU Chengyu*
(Guizhou provincial press and Publication Bureau of radio and television 794,Guizhou Guiyang,553400,China)

for a long time influence on people's daily lives of frost disaster,especially a very big impact on economic activity; such as transportation; in radio and television and communications industry harm is extremely serious,the harm not only endanger the tower safety,but also endanger the radio transmission and reception of the effect of icing on safety. Alpine antenna,freezing harm; on UHF band television transmitting antenna automatic deicing research,provide solution ideas.

UHF frequency band; freezing rain and snow; antenna automatic de icing; deicing unit

TN821.4

A

1672-9129(2017)06-0124-02

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.043

劉澄宇. UHF頻段電視發(fā)射天線自動(dòng)除冰技術(shù)研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(6)： 124-125.

Cite：LIU Chengyu. Research on Automatic Deicing Technology of UHF Band TV Transmitting Antenna[J]. Peak Data Science,2017,6(6)：124-125.

2017-02-03；

2017-03-16。

劉澄宇（1967-），貴州省新聞出版廣電局七九四臺(tái)-技術(shù)科科長(zhǎng)，2002年取得工程師資格，1987年從事廣播電視工程至今。

Email：421378094@qq.com