中波廣播發(fā)射系統(tǒng)受外界干擾的判定方法及解決方案

馮志方

【摘 要】中波發(fā)射屬大功率播出，在受到外界干擾時(shí)，其天饋系統(tǒng)的特性參數(shù)會(huì)因加載功率而變化。本文通過(guò)對(duì)發(fā)射系統(tǒng)分塊分析，逐一實(shí)驗(yàn)，最終確立了影響播出的原因。為中波機(jī)房遇到此類問(wèn)題，提供解決方法和思路。

【關(guān)鍵詞】天饋系統(tǒng)；環(huán)境影響；發(fā)射塔參數(shù)；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TN934.81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）04-0207-002

0 引言

2010年天津廣播電視臺(tái)四號(hào)機(jī)房進(jìn)行了設(shè)備更新。其中747kHz新裝M2W50Kw發(fā)射機(jī)在假負(fù)載調(diào)試完畢后，于6月28日夜進(jìn)行天線播出測(cè)試。測(cè)試期間發(fā)射機(jī)設(shè)定5kw，不加音頻開(kāi)機(jī)，發(fā)射機(jī)顯示反射80w、相角58度（發(fā)射機(jī)保護(hù)上限為59度），增大發(fā)射功率后發(fā)射機(jī)出現(xiàn)保護(hù)性關(guān)機(jī)，無(wú)法播出情況。文章詳實(shí)介紹了筆者通過(guò)分析和各類測(cè)試，找出影響播出原因的過(guò)程。

1 分析

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，機(jī)房對(duì)747kHz播出系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。按功能將系統(tǒng)分為發(fā)射機(jī)、功率傳輸、匹配網(wǎng)絡(luò)、天線及環(huán)境四部分。為確定引發(fā)問(wèn)題的原因，決定對(duì)系統(tǒng)各部分分塊實(shí)驗(yàn)和有針對(duì)性的設(shè)備測(cè)試。

747kHz播出系統(tǒng)分為如下幾部分：

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 發(fā)射機(jī)部分

2.1.1 可能出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1.1.1 發(fā)射機(jī)定向耦合器測(cè)試不準(zhǔn)確。

2.1.1.2 發(fā)射機(jī)控制軟件駐波監(jiān)測(cè)部分，當(dāng)出現(xiàn)駐

反射時(shí)不能根據(jù)反射情況做出準(zhǔn)確判定。

2.1.1.3 同頻干擾串入發(fā)射機(jī)造成發(fā)射機(jī)保護(hù)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)情況

2.1.2.1 在天線切換開(kāi)關(guān)與天饋線系統(tǒng)之間接入25kw M2W發(fā)射機(jī)使用的定向耦合器，通過(guò)該定向耦合器，用頻譜分析儀測(cè)試天饋線系統(tǒng)真實(shí)的入射功率和反射功率，以此計(jì)算反射系數(shù)。由于該定向耦合器位于主用、備用發(fā)射機(jī)連接天饋線系統(tǒng)的公共通道，可以測(cè)試主用、備用發(fā)射機(jī)開(kāi)啟時(shí)的入射、反射功率。實(shí)際測(cè)試結(jié)果，開(kāi)啟主用發(fā)射機(jī)時(shí)，電壓反射系數(shù)為-14.2 dB；開(kāi)啟備用發(fā)射機(jī)時(shí)，電壓反射系數(shù)為-14 dB。二者差別可視為測(cè)量誤差，對(duì)應(yīng)電壓駐波比1.47、1.49。測(cè)量結(jié)果表明：不論應(yīng)用哪一部發(fā)射機(jī)，反射電壓確實(shí)存在，且反射系數(shù)相等，從而排除了M2W發(fā)射機(jī)定向耦合器測(cè)試不準(zhǔn)確的可能性。

2.1.2.2 發(fā)射機(jī)接假負(fù)載，在發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)內(nèi)串入250pF可變電容，人為造成發(fā)射機(jī)與假負(fù)載阻抗不匹配，設(shè)定5kw開(kāi)機(jī)后發(fā)射機(jī)相角46度（原值為45度）、反射功率0w，改變串入電容數(shù)值，相角和反射功率也隨之發(fā)生變化，從而驗(yàn)證了發(fā)射機(jī)控制軟件監(jiān)測(cè)部分可以正常工作。將M2W發(fā)射機(jī)駐波過(guò)大保護(hù)功能、負(fù)載阻抗相位角偏差過(guò)大保護(hù)功能，在設(shè)置中關(guān)閉，強(qiáng)行開(kāi)機(jī)，逐漸加大發(fā)射機(jī)輸出功率，當(dāng)設(shè)置功率為額定最大功率50 KW時(shí)，發(fā)射機(jī)顯示的實(shí)際輸出功率為44 KW。我們將功率設(shè)到一個(gè)中間值25 KW時(shí)，發(fā)射機(jī)顯示的實(shí)際輸出功率為16 KW，反射功率為600W。計(jì)算結(jié)果，駐波系數(shù)為1.48，與定向耦合器測(cè)試結(jié)果非常接近。說(shuō)明發(fā)射機(jī)本身測(cè)量顯示系統(tǒng)正常。為進(jìn)一步證實(shí)，在保持發(fā)射機(jī)各項(xiàng)設(shè)置不變的情況下，將輸出網(wǎng)絡(luò)內(nèi)串入的250pF可變電容去掉，發(fā)射機(jī)連接天饋線系統(tǒng)，開(kāi)機(jī)后，發(fā)射機(jī)實(shí)際輸出功率（16 KW）與設(shè)置功率（25 KW）不一致。而將發(fā)射機(jī)切換在假負(fù)載上，兩個(gè)功率值非常一致（均為25 KW）。這間接說(shuō)明在加載功率時(shí)，天饋線系統(tǒng)（含天線、網(wǎng)絡(luò)、饋纜）的輸入阻抗發(fā)生了變化。

2.1.2.3 經(jīng)用儀器測(cè)量，在發(fā)射機(jī)出口端測(cè)量發(fā)射塔接收的747kHz本頻干擾為89dBμv，折算為功率值僅為0.02-0.03mw，不足以影響發(fā)射機(jī)。同時(shí)經(jīng)測(cè)量還發(fā)現(xiàn)，同發(fā)射場(chǎng)區(qū)（在2#發(fā)射塔）1008kHz的本頻干擾還大于747kHz， 1008kHz發(fā)射機(jī)與747kHz發(fā)射機(jī)同型號(hào)，而1008kHz發(fā)射機(jī)工作正常未受影響。因此確定同頻干擾的串入，不是造成發(fā)射機(jī)保護(hù)的原因。

2.1.3 結(jié)果

綜合上述實(shí)驗(yàn)可排除發(fā)射機(jī)自身故障的可能。

2.2 饋纜

2.2.1 可能出現(xiàn)的問(wèn)題

2.2.1.1 饋纜傳輸特性不好，導(dǎo)致傳輸功率時(shí)出現(xiàn)反射

2.1.2.2 饋纜功率承載性能不好，當(dāng)大功率傳輸時(shí)出現(xiàn)反射。

2.1.2.3 饋纜長(zhǎng)度等效1/4λ使感應(yīng)的電壓過(guò)高，從而在饋纜上形成駐波點(diǎn)。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)情況

2.2.2.1 饋纜經(jīng)儀器測(cè)量室測(cè)量，SWR=1.034，符合技術(shù)要求。在饋纜與天調(diào)網(wǎng)絡(luò)連接處加入測(cè)試節(jié)，測(cè)量747kHz頻點(diǎn)電壓反射系數(shù)為-14.2 dB；SWR=1.4；在饋纜和發(fā)射機(jī)連接處測(cè)量747kHz反射系數(shù)為-14 dB；SWR=1.4，經(jīng)饋纜傳輸后對(duì)于747kHz的駐波系數(shù)沒(méi)有明顯變化，從而證明在饋纜上沒(méi)有產(chǎn)生駐波，功率可正常傳輸。

2.2.2.2 明珠發(fā)射機(jī)現(xiàn)正使用該條饋纜進(jìn)行20kw的播出，播出期間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)饋纜有發(fā)熱等絕緣不好的情況。而使用M2W發(fā)射機(jī)時(shí)，功率輸出進(jìn)設(shè)定為5kw，發(fā)射機(jī)即出現(xiàn)報(bào)警，可排除饋纜功率承載性能不好的可能性。

2.2.2.3 將饋纜外皮連接銅帶后進(jìn)行了接地，使饋纜多點(diǎn)接地，消除饋纜上的感應(yīng)電壓。再開(kāi)機(jī)時(shí)，發(fā)射機(jī)依然報(bào)警，從而排除了因饋纜上的感應(yīng)電壓造成發(fā)射機(jī)報(bào)警的可能性。

2.2.3 結(jié)果

綜合上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可排除因饋纜導(dǎo)致發(fā)射機(jī)不能正常工作的可能性。

2.3 天線匹配網(wǎng)絡(luò)

2.3.1 可能出現(xiàn)的問(wèn)題

2.3.1.1 網(wǎng)絡(luò)特性阻抗調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)50歐姆后，經(jīng)饋纜傳輸后，阻抗偏離50歐姆，造成與發(fā)射機(jī)輸出阻抗不匹配，從而造成發(fā)射機(jī)工作不正常。

2.3.1.2 網(wǎng)絡(luò)中使用的可調(diào)電容，根據(jù)電容功率承載計(jì)算公式I=2πF*C*U，在電容量使用較小時(shí)，當(dāng)有大電流通過(guò)時(shí)，電容兩端壓降將超出可承載最大電壓，致使可調(diào)電容無(wú)法正常工作，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在大功率下無(wú)法與發(fā)射機(jī)匹配。

2.3.1.3 747kHz網(wǎng)絡(luò)使用的元件與場(chǎng)區(qū)空間中某個(gè)頻率形成諧振，并將該功率信號(hào)串入發(fā)射機(jī)，造成發(fā)射機(jī)無(wú)法正常工作。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)情況

2.3.2.1 斷開(kāi)發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)與饋纜的連接，在饋纜入口端測(cè)量網(wǎng)路特性阻抗（將饋纜對(duì)網(wǎng)絡(luò)阻抗的影響計(jì)入測(cè)量中），經(jīng)測(cè)試該點(diǎn)阻抗為50+j0.5（接假負(fù)載時(shí)該點(diǎn)測(cè)量值為50+j0.2）；SWR=1.02；網(wǎng)絡(luò)帶寬為34MHz（SWR=1.2），完全符合使用要求，但開(kāi)啟M2W發(fā)射機(jī)時(shí)，發(fā)射機(jī)報(bào)警自保。由此排除了網(wǎng)絡(luò)經(jīng)饋纜傳輸后造成阻抗變化，并影響發(fā)射機(jī)的可能。

2.3.2.2 使用固定真空電容替代原使用的可調(diào)真空電容并對(duì)將網(wǎng)絡(luò)特性阻抗調(diào)整為50Ω，后開(kāi)啟M2W發(fā)射機(jī)依然無(wú)法正常工作，由此排除可調(diào)電容對(duì)發(fā)射機(jī)的影響。

2.3.2.3 為避免場(chǎng)區(qū)內(nèi)原干擾頻率在網(wǎng)絡(luò)上形成諧振，變更網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行調(diào)整后，開(kāi)啟發(fā)射機(jī)依然無(wú)法正常播出，從而排除了網(wǎng)絡(luò)元件與場(chǎng)區(qū)中某頻率形成諧振影響發(fā)射機(jī)的可能。

2.3.3 結(jié)果

綜上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可排除因天線匹配網(wǎng)絡(luò)引起發(fā)射機(jī)不能正常工作的可能性。

2.4 天線及周邊環(huán)境

2.4.1 可能出現(xiàn)的問(wèn)題

2.4.1.1 由于所用5#天線接收的747kHz同頻干擾過(guò)大，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)串入發(fā)射機(jī)后，造成發(fā)射機(jī)因反射功率過(guò)大而保護(hù)。

2.4.1.2 所用5#發(fā)射塔受周邊高大建筑物反射輻射功率影響，功率加載前后特性參數(shù)發(fā)生變化，造成天線匹配網(wǎng)絡(luò)與發(fā)射塔不匹配從而影響發(fā)射機(jī)工作。

2.4.2 實(shí)驗(yàn)情況

2.4.2.1 同頻干擾實(shí)驗(yàn)已在判別發(fā)射機(jī)引發(fā)故障環(huán)節(jié)中進(jìn)行，根據(jù)測(cè)試結(jié)果可排除天線接收的747kHz同頻干擾過(guò)大而造成發(fā)射機(jī)不能開(kāi)機(jī)的可能性。

2.4.2.2 在其它發(fā)射塔（1#發(fā)射塔）搭建網(wǎng)絡(luò)，使用747kHz M2W發(fā)射機(jī)進(jìn)行播出實(shí)驗(yàn)，功率設(shè)定為8kw時(shí)發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)，顯示輸出功率7.7kw，相角47度，反射功率10w，發(fā)射機(jī)已可正常工作。由此推測(cè)747kHz M2W發(fā)射機(jī)無(wú)法工作為5#塔周邊環(huán)境影響。

2.4.3 結(jié)果

通過(guò)多項(xiàng)試驗(yàn)和分析，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無(wú)法工作的原因?yàn)椋l(fā)射塔輸入阻抗在加載功率和儀器測(cè)試兩種狀態(tài)下不同。

5#天線（高度76m）處于附近建筑物兩面包圍之中，偏北側(cè)樓群總長(zhǎng)度185m，高度約60m；偏東側(cè)樓群總長(zhǎng)度190m，高度約60m；最近距離僅為50m左右，并且高度約60m。從天線輻射出去的電磁波，在天線、建筑物組成的近乎封閉的系統(tǒng)中多次反射，天饋線系統(tǒng)真實(shí)的輸入阻抗，應(yīng)該是計(jì)入了這種多次反射的因素，這個(gè)輸入阻抗應(yīng)該就是發(fā)射機(jī)大信號(hào)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際負(fù)載阻抗。

但是，天饋線系統(tǒng)輸入阻抗測(cè)試時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)源輸出功率為1mW，高頻功率經(jīng)過(guò)天線變換為空間電磁波的功率，從天線輻射出去，再經(jīng)過(guò)建筑物反射，折回天線，再次通過(guò)天線變換為射頻電壓，到達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)時(shí)，電壓幅度已經(jīng)低于接收機(jī)靈敏度電壓，網(wǎng)絡(luò)分析儀無(wú)法測(cè)量到反射電壓。因而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試結(jié)果與實(shí)際情況相差甚大。

如果上述推測(cè)成立，那么天線匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試結(jié)果將無(wú)法為調(diào)整工作提供方向性指導(dǎo)，因?yàn)樘祓伨€系統(tǒng)的輸入阻抗為復(fù)阻抗。唯一的解決辦法，就是在天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整過(guò)程中，以發(fā)射機(jī)反射功率最低為準(zhǔn)則。反復(fù)試探性調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，但該種方式調(diào)整非常盲目，匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整幾乎成為不可能并且在調(diào)整過(guò)程中極易造成發(fā)射機(jī)損壞。

3 結(jié)論

3.1 分析結(jié)果

綜合各實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)基本排除了系統(tǒng)本身引發(fā)問(wèn)題的可能性。確定問(wèn)題原因?yàn)槭苤苓叚h(huán)境影響，747kHz使用的5#發(fā)射塔在加載功率的情況下，發(fā)射塔參數(shù)發(fā)生較大變化（與儀器冷測(cè)比較），從而造成M2W發(fā)射機(jī)無(wú)法正常播出。

另外通過(guò)更換747kHz發(fā)射塔實(shí)驗(yàn)，可使M2W 50KW發(fā)射機(jī)升功率開(kāi)出。因此機(jī)房決定更換747kHz發(fā)射塔，避免發(fā)射塔變化對(duì)播出系統(tǒng)的影響。

3.2 小結(jié)

近些年，隨著城市規(guī)模的飛速發(fā)展，原先在空曠地修建的發(fā)射臺(tái)，已逐漸被各類新建高大建筑所包圍。這些拔地而起的高大建筑，不斷改變著發(fā)射臺(tái)發(fā)射場(chǎng)區(qū)的電磁環(huán)境從而形成干擾。此干擾隨發(fā)射功率的增加而增強(qiáng)，當(dāng)干擾超出發(fā)射機(jī)控制范圍時(shí)，就得考慮轉(zhuǎn)塔甚至遷臺(tái)了。