短波发射机天线浅析

毛建飞

摘 要：天线是无线电广播系统重要的组成部分，文章简要介绍了短波广播发射机天线系统的结构和辐射特性，结合自身工作实践，对大功率短波发射机天馈线系统运行情况及部分故障进行分析总结，为做好广播发射系统维护工作提供一些参考。

关键词：短波天线；工作原理；辐射；保护；维护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.193

1 引言

短波广播是一种重要的远距离广播方式。传统的国际广播大多采用短波广播的方式实现传输覆盖，天线用来发射无线电的装置天线可定义为传输线中的导行波与自由空间里传播的电磁波之间的电磁能转换装置。天线系统是短波广播信号实现有效传播的重要载体，关系到短波广播信号传输的效率和效果，是安全播出工作的一个重要组成部分。

2 短波发射机天线的工作原理

天线可定义为传输线中的导行波与自由空间里传播的电磁波之间的电磁能转换装置。要使波源的能量有效的从辐射体辐射并脱离辐射体本身，就必须设这个辐射体的结构成为一个带电的开放系统，也就是说这个辐射体要按照电磁波理论与特性做成耦合性、开放行传到结构。天线结构如图1：只有高频电流才能产生高速变化的电场，才能使天线的周围和空间里形成强大的位移电流。这个位移电流才能使周围产生出很强的磁场，这个磁场随时间的变化，又在周围产生出变化的电场，即位移电流，并且在空间中相互向前推进，从而形成向空间传播的电磁波，在一定场强下，波源频率越高，位移电流越强，辐射的能量就越多，而静态电场不变化，频率为零，所以不会产生辐射。

位移电流与传导电流：1、传导电流是由电荷的定向运动产生的，位移电流是由电场（或电位移）随时间变化而产生的。2、传导电流只存在于导体中，而位移电流可以存在于导体、电介质和自由空间里。3、传导电流会产生热损耗，位移电流不产生热损耗。4、在时谐场中，传导电流密度与位移电流密度存在90?的相位差。

3 短波发射机天线结构组成

DF100A短波发射机天线为强定向同相水平天线的国际通行符号是HRm/n/h，H表示天线水平振子；R是带反射器；m每副天线每层振子数；n：代表每副天线振子层数；h：是天线最底一层振子离地面的高度。

图2为一副DF100A短波发射机HR4/4/0.5同相水平天线：各路分馈线由平衡双线构成，其中包括分馈线1-2，分馈线2-3，分馈线3-4，分馈线4-5，主馈线5-6。天线单元的水平间距，垂直间距，底层离地高度均为中心波长的d=，天线可以看成是一个4*4的平面天线阵，即纵向、横向各有4个电对称振子构成，上下层与层之间的而且层与层采用交叉式馈电方式，目的是保证构成天线阵的所有振子在同一时刻都能同相位馈电，以便增加天线阵的辐射场强度和改变辐射场的方向性减少天线阵自身的内耗。

4 天线辐射场的定向辐射分析

4.1 辐射场的定义

电磁辐射源产生的交变电磁场分为性质不同的两个部分，电场与磁场的相位相差90?，功率流密度实部为零，电磁场能量在辐射源周围及辐射源之间不断来回流动，不向外发射。电磁场的能量完全被束缚在源的周围，这种电磁场称之为感应场。电场及磁场均与传播方向垂直，另一部分电磁场能量脱离辐射体，以电磁波形式不断向外发射。这部分电磁场称之为辐射场。一般情况下，以场源为中心，当r<<时为近区场，也是为感应场，当r>>时为远区场，也是辐射场。

4.2 辐射原理

实现定向辐射的技术是在不需要电波方向上，距发射天线位置上，平行于发射天线放置一付与发射机天线结构基本的相同的无源反射幕，对反射幕，上下层振子之间的距离一般应设为（0.035-0.07），考虑到振子之间的分布电容和分布电感，有时需调换方向进行发射等因素，所以把反射幕和主发射天线制作相同形式和尺寸，实现同相水平振子天线阵的单方向性辐射。定向辐射从形式上就是依靠反射幕把电磁波发射天线发射天线一方，从本质上讲，实现定向辐射式依靠电磁波的迭加结果完成的。当给发射天线振子通以电流时，主发射天线必然向空间辐射出电磁波，设其电磁场为。当辐射场传到反射器（无源振子）位置后，就在无源振子上产生出感应电动势ε和感应电流I。这一感应电流因为和辐射场同频率，它依托反射器各振子也必然向空间产生自己的辐射场。这样一来，在空间就同时存在主辐射场和反射器各振子产生的辐射场二者的矢量和构成空间各点上的总辐射场=+。如果要求总辐射场在主辐射场方向加强，就要求、在图所标的N方向上表现为同相位关系，如在发射器方向上消弱，就要求、在M方向上表现为反相位关系，保持发射天线主发射器与反射器之间的空间距离d=；保持反射器各振子长度比主辐射器各振子长度稍长一点，但必须满足≤。以保证各振子度工作频率呈感性。

5 发射机短波天线保护措施

短波天线应用中保护措施主要有两个器件控制：反射功率表，高速驻波比保护电路，反射功率表是机械保护，动作时间是毫秒级，高速驻波比电路保护动作时间是微秒级。

用功率表示驻波比S为：

而我们允许发射机的最大驻波比为2：1，S=2，由上式得：

假如入射功率为100KW算的反射功率为11.1KW，所以发射功率表设置11KW，因为峰值功率驻波比保护电路设置15.7KW，实际中驻波比保护电路设置在21KW。

6 发射机短波天线常见故障与处理

6.1 天线幕或馈线打火

故障原因：振子或下引线太松；馈电点虚接；绑头处松散；铁支撑生锈；行波系数偏低；金属构件氧化严重。

处理方法：调整天线幕垂度，接好馈电点并焊劳，天线或馈线重新绑扎，更换生锈的铁支撑，调整提高系统行波系数，消除金属构件氧化层，必要时可采取跨接的办法。

6.2 下引线或反射器调配线打火

故障原因：因局部高电压引起，主要是行波不好

处理方法：在打火部位绑一段长2m左右同等直径的导线，检查行波系数，分析高电位原因，重新调整反射器。

6.3 反射网打火

故障原因：接头处虚接；频率不合适。

处理方法：重新紧固接头或连接好断线，进行锡焊处理，调整反射网密度或建议换频。

6.4 天线幕棒形绝缘子断裂

故障原因：馈线或天线振子拉力过大；绝缘子不清洁或存在质量问题。

处理方法：调整馈线或振子张力，更换合格的绝缘子，保持清洁。

6.5 馈线杆倾斜

故障原因：杆基下沉；拉绳卡箍移位滑脱；拉绳被外力碰撞受损。

处理方法：扶正杆位、夯实杆基；將卡箍复位、卡紧，调紧拉绳；加强巡视、杜绝损伤。

6.6 天线幕支撑调整困难

故障原因：天线幕与地面连接点未打开，拉绳角度不对。

处理方法：打开所有连接点，去掉重锤，可加临时曳线辅助调整。

7 结论

天线是发射机系统的负载和输出端，天线的运行状况与发射机的安全运行密切相关，了解和掌握相关知识有助于我们分析判断和及时应对因为天线匹配问题形成的故障，减少停播，实现优质高效的安全播出。

参考文献：

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[2]左智成，李兴华编.电波与天线[J].合肥工业大学出版社，2006（12）.

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[5]康震.大功率短波发射机天馈线系统及应用分析[J].科技传播， 2015（05）.