發射機天饋線系統安全播出的保障措施與實現

羅正明

1 概述

廣播和電視信息在無線傳輸的過程中，天饋線系統是其傳播的最終端設備。因而，應高度重視發射機天饋線系統的技術維護管理工作，制定安全可靠運行的技術手段和安全保障措施，確保廣播電視的安全播出。

2 天饋線系統的作用與原理

廣播電視天饋線系統安裝在環境惡劣的發射塔上，在戶外常年工作。因而，天饋線系統的工作狀態與氣候條件密切相關，當氣候條件發生質的變化時，容易發生故障。因此，怎樣制定該系統安全、經濟、有效的解決方案？是長期以來一直思考的難題。工作人員通過多年來不斷走訪、咨詢、調研、摸索與實踐，獲取第一手資料，經過充分的論證，在實踐中取得了良好的效果。為此，下文先對天饋線系統的原理作一些了解，以便對天饋線系統有必要的正確認識。

2.1 天饋線系統的組成

天饋線系統是廣播電視信號傳輸中的重要設備,它由天線、分饋線、變阻器和主饋線組成。天饋線系統的構成較復雜，一旦發生故障，就會使發射機產生較大的駐波比，對安全播出造成嚴重影響。

天饋線系統工作的穩定性，決定著廣播電視信號播出質量，因此，做好系統的設計與建立可靠的技術保障措施，是確保廣播電視安全播出工作的重要環節。

天饋線系統分單饋和雙饋兩種傳輸方式，天線的層數也由1～8層不等，方向的指向性分全向和定向兩種。下面就以四層四面全向發射天線為例，對四層四面單饋發射天饋線系統架構圖（見圖1）和四層四面雙饋發射天饋線系統架 構圖（見圖2）進行分析比較。

圖1 四層四面單饋全向發射天線架構圖

圖2 四層四面全向雙饋發射天線架構圖

2.2 發射天線的作用與原理

發射天線是將發射機的功率信號能量有效地轉換成空間傳播的電磁波能量，現應用于廣播電視發射機的天線種類主要有兩種：雙偶極子天線和四偶極子天線。

廣播電視發射天饋線系統，是發射機重要的組成部分也是一個重要而關鍵環節，因此，確保發射天饋線系統工作的穩定性是非常關鍵的一項工作任務。天饋線系統的功率容量、天線增益和帶寬都有了很大提高，能滿足全頻段的工作要求，給廣播電視技術提供了便利和可靠的技術保障。隨著廣播電視科學技術的發展，從圖2和圖2的架構圖中可以看出，天線分為四層，上半部兩層為一組，下半部兩層也為一組，天線振子通過分饋線分別對應連接于相應的8功率分配器，組成了一幅四層四面全向發射天線系統。

2.3 單饋和雙饋的作用

在主饋線系統中，有單饋和雙饋之分。單饋是將發射機輸出的功率信號，直接送入整個天線系統，而雙饋顧名思義就是采用兩根單饋同時進行工作。

雙饋技術最主要的優勢是有效提高了天饋系統的功率容量和工作的可靠性。它是由兩根電長度相等、相位差小于5°的主饋電纜分別對天線系統的上半副天線陣列和下半副天線陣列傳送功率信號。也就說，由圖2的四層四面全向雙饋發射天線架構圖可以看出，在雙饋系統中，由兩根主饋電纜分別連接于對應的上半副天線陣列和下半副天線陣列，各組成了一幅發射天線，當系統發生故障時，通過天線開關板的切換，可以選擇無故障的另半副天線陣列進行工作，保障了安全播出。

3 天線開關板切換系統的功能與原理

開關板是廣播電視無線發射天線雙饋技術的核心設備，它是在功率分配器的基礎上發展起來的，也就是在功率分配器的輸入和輸出端，增加幾個可轉換的接口，便捷地實現發射機輸出功率信號可與整副天線陣列、上半副天線陣列（天線1）或下半副天線陣列（天線2）饋電倒換，確保了廣播電視安全播出。在結構上，有3 dB耦合器型和直分型兩種。3 dB耦合器型開關板的兩個輸出端口有較高的隔離度，但直分型天線開關板的工作頻帶更寬。在數字電視發射普及的今天，直分型天線開關板更常用。

3.1 天饋系統正常工作運行時

發射機的射頻功率信號經開關板將總功率信號分為兩路等功率和等相位，再分別饋送給上半副天線陣列（天線1）和下半副天線陣列（天線2），上、下半副天線陣列發射的電磁波信號在空中進行合成，完成了整副天線的正常發射功能，原理圖如圖3所示。

圖3 開關板原理圖

3.2 下半副天線陣列故障時

當下半副天線陣列（天線2）出現故障時，把開關板上的信號輸入端口和天線1端口通過轉接器直接連接，將功分器旁路，此時的工作狀態為發射機的功率信號通過開關板上的轉接器后，再由單饋將功率信號傳送到上半副天線陣列（天線1）工作，下半副天線陣列（天線2）停止運行，完成了正常播出，如圖4所示。

圖4 輸入端口與天線1直連示意圖

3.3 上半副天線陣列故障時

當上半副天線陣列（天線1）出現故障時，把開關板上的信號輸入端口和天線2端口通過轉接器直接連接，將功分器旁路，此時的工作狀態為發射機的功率信號通過開關板上的轉接器后，再由單饋將功率信號傳送到下半副天線陣列（天線2）工作，上半副天線陣列（天線1）停止運行，完成了正常播出，如圖5所示。

圖5 輸入端口與天線2直連示意圖

4 技術要求

在天饋線系統的維護和管理上，缺乏專業的技術維護人員，并受各種自然環境因素條件限制，因而，天饋線系統在方案設計、加工和安裝中對質量要求就非常高。

在天線系統、雙饋系統和天線開關切換系統中，其整個系統實現了在UHF全頻段470～798 MHz頻率范圍內的寬帶性能，電壓駐波比指標小于1.08，功率容量大于30 kW，功率增益大于12 dB的優良性能和指標，完全能滿足任何電視頻率發射工作的需求。

5 天饋線系統的防水技術保障措施

雙饋系統技術方案是技術安全保障措施中安全播出應急預案的體現，但它并不代表天饋線系統就不會發生故障。要確保天饋線系統不發生故障或盡可能地少發生故障，天饋線系統的技術保障措施的另一個重要環節則是做好天饋線系統防水保障工作。

天饋線系統發生故障主要是主饋線或分饋線進水而產生，導致進水故障則是由于饋電頭內部防水密封膠圈和饋電頭外部防水密封膠老化與變形，使密封的功能失去應有作用。這種情況發生后，在發射機工作時，由于天饋線系統在發射機功率的作用下，內部將產生一定的溫度，使內部空氣壓力增大，通過防水密封受損處向外排出空氣，并使內外空氣達到平衡；當發射機停止工作時，由于天饋線系統內部溫度將會與室外溫度一致，其內部空氣壓力又將減小并低于外部壓力，就會從空氣中吸入潮濕的空氣，從而引起故障。因此，天饋線系統的維護工作，使發射機的天饋線系統具有優良的氣密性，是技術保障的一個重要環節，然后采用干燥空氣充氣機進行對發射機主饋線、變阻器和分饋線進行充氣，可確保空氣中水分不會進入到天饋線系統內部。

6 結語

在新形勢下，我臺大膽對發射傳輸系統中進行了技術改造，率先完成了具有安全性、可靠性、科學性和先進性突出特點的全頻段發射天線與雙饋系統和開關切換系統進行組合的實例，實現了發射機輸出的功率信號可分別與整副天線陣列、上半副天線陣列或下半副天線陣列饋電的倒換，做到了不間斷播出，將天饋線系統故障的影響降到最低，提高了發射系統穩定性，并使發射系統易于改頻和擴展等多種優勢，為廣播電視的安全播出工作提供了可靠保障。