浅谈调频广播天馈线系统原理及日常检修维护

韦曦奇 余凯 陈金辉 韦大福

（1.广西广播电视技术中心百色分中心；2.广西广播电视无线传播枢纽台；3.广西广播电视技术中心柳州分中心）

一、引言

天馈线系统是将发射机所产生的射频电能转换为向自由空间辐射的电磁波，是调频广播发射系统的重要组成部分，可以称之为安全播出最后的生命线。天馈线的优劣直接影响节目播出质量和覆盖范围，一旦出问题可能就导致重大停播事故。但是平时工作中能真正接触到天馈线拆装的实践机会少之又少，往往忽略了天馈线系统的学习，所以了解天馈线的原理、分类、构造，以及熟练掌握检测天馈线系统的能力是确保安全播出必不可少的技能。因此想通过此文浅谈自己在天馈线日常维护工作学习中获得的经验、体会与大家分享、交流。

二、天线的基本特性和参数

天线可以将传输线送来的导行波能量转换成空间传播的电磁波能量。天线可以均匀的向周围辐射电磁波能量，也可以向特定方向的空域辐射电磁波能量。由于电波的传输特性，对于米波以上频段，地球表面呈现为介质，电磁波能量几乎全部被地球表面吸收，而电离层对于这样高的频段不起反射作用，故也不能靠天波传播，因此同中短波利用地波和天波的传输不同，调频广播利用空间波传播是唯一传输形式。由于电波在远距离传输中，空间波受地面各种障碍物阻挡，其传输距离只能被限制在视距范围内，所以调频发射天线的视距与俯角就是架设天线需要考虑的一个重要部分，其中还要考虑天线的垂直面波瓣下倾、零点补偿、极化方式等要素。发射台天馈线系统的品质好坏，直接影响到节目的播出质量。因而要通过提高发射功率、增加天线增益、减少馈线的损耗、选择合适的天线等措施来提高系统性能。在实际应用与安装维护中，我们需要了解以下概念：

（一）极化方式

天线的极化方式是指电场矢量的方向与电波传输方向的相对关系，根据麦克斯韦理论，只有电场和磁场矢量相差90度时，才能发射电磁波，如果电场矢量的方向在一直线上变动，即电场矢量的末端轨迹为直线，则称为线极化。在工程上，如果电场矢量与地面平行，称为水平极化，电场矢量与地面垂直，称为垂直极化，如果电场矢量的末端轨迹是一个圆或者椭圆，则成为圆极化，按空间理解，圆极化是由垂直极化与水平极化合成，辐射某种极化电磁波的天线就称做对应极化天线。在实际应用中电视与调频的设备性质与传输特性基本相同，一般采用同台建设，按照规划可以有多套电视和调频节目。以往我国多使用水平极化天线，但由于发射台在服务区所处的地理位置不同，以及对相干区域的规划设计，目前逐渐采用水平、垂直和圆极化等各种极化方式来更好的覆盖服务区。

（二）驻波比

驻波比是指馈线上的电流（或电压）最大值与电流（或电压）最小值之比。驻波比的倒数就是行波系数,两者都能表示天馈系统能量传输的匹配情况。当馈线的负载阻抗与馈线的特性阻抗不匹配时，在馈线的终端会产生反射波，并经馈线向发射机方向回传，与从发射机方向来的入射波叠加形成驻波。调频天线工作状况好坏主要看天线驻波比指标是否符合要求，驻波比越小，表示反射功率越小，天馈系统性能就越好。对于发射功率较大的天馈线而言，若反射过大，天馈线系统上将有较高的电流、电压，可能会引起某些部件、绝缘子被击穿或发生电晕现象，或者局部发热，甚至打火、燃烧，这些都影响天馈线系统的正常工作。

三、目前最常用的调频偶极子发射天线介绍及安装注意事项

（一）偶极子天线的种类

偶极子天线按照偶极子的数量可分为：单偶极子天线、双偶极子天线、四偶极子天线，由于这种类型的天线通常带有反射板，因此也叫偶极子板天线。反射板通常由金属网构成，表面有防腐材料或镀锌处理，对于沿海地区可采用304不锈钢材质。天线振子通过固定夹具安装在反射板上，振子通常有漏水孔，安装时要注意漏水孔朝下，防止天线振子进水后无法顺利排出。多个偶极子天线在同一方向上以相应波长的距离组合，形成了多层偶极子天线，层数的不同决定了增益的不同，对功率的分配和馈电结构等有不同的要求。下面重点介绍目前发射台FM发射天线使用最多的双偶极板发射天线。

（二）FM水平极化双偶极板发射天线

FM水平极化发射天线单元功率容量大、驻波好，根据服务区情况可以设计不同的组合，能够作为定向发射或全向发射天线，在垂直面上增加多层单元板可以组成天线阵以提高增益。在实际应用中，可以选择多层多面达到增益和理想的方向图效果。在安装天线振子时应注意上下方向，输入电缆头必须是顺时针的同一方向，所有电缆头必须旋紧，不能有松动的现象，在安装天线后应将分馈线与天线间的连接头使用专用密封胶、密封胶带密封好，防止进水、进潮气。（水平极化双偶发射天线如图1，安装现场如图2所示）

图1

（三）安装检查

图2

图3

安装前我们要先了解天线类型，根据不同要求进行检查安装，就我台目前所使用的天线大多为开路天线，例如调频双偶极子天线就是开路天线。发射天线一般都是根据具体发射台实际要求所定制，因此了解所用天线类型才能针对性的安装与检查维护。以FM水平极化双偶极板天线来说，在实地安装前应该检查天线是否有松动现象，用万用表欧姆档分别检测天线芯线与地线就应该为开路状态，然后检测功分器，检测里面不应该有响声，同样用万用表检测输出口的每个芯线是否相互短路，而每一个芯线与地线间都应是开路，一切符合要求方可安装。馈管同样也使用万用表一一测量芯线必须与地线为开路，安装时如果条件允许还需使用天馈线测试仪测量各项指标如图3（测量方法这里就不详细说明）。各项检查都达到指标要求后按顺序将所有电缆头扭紧，密封固定即可。其实无论何种天线类型，安装与日常检修大同小异，只要根据掌握的天馈线电气原理、机械连接要求就能轻松安装检修。

四、日常维护检修

发射天线应定期维护，定期在机房用扫频仪观察驻波比的变化，若有异常，一步步针对性查找问题。通常采用分段式测量驻波比的方法，先在主馈管的终端接上50Ω假负载，在其输入端测试驻波比判断主馈管是否有问题，若指标不正常，则可判定故障就出在天线部分；继续通过分段检测，一一判断每一根分馈管电缆的问题，同样针对天线单元进行检测一一排除寻找问题部位。平时还需做好分馈电缆线接头、功分器与主馈电缆接头的防水处理，每个电缆接头的前端都嵌有防水用的硅橡胶圈，如果封闭不好应及时更换，做好天线分馈电缆线的固定、功分器与主电缆接头的固定，如果固定不牢固，长时间使用后松动，造成接触不良，将影响天馈线的匹配，使天线不能发挥更好的效用，严重时还会损坏发射机的功率放大器，造成停播事故。在有效覆盖范围内定时选择不同距离的监听，进行场强收测，根据监测收听点反馈的信息，结合常规检测办法确定故障，再一步步排除，因此日常维护检测非常重要。

五、常见故障分析及处理办法：

故障一现象：107MHz调频广播天线通过新装天馈管智能充气机发现打气机无法达到保压告警，播出质量未影响。

故障分析处理：针对这种情况，初步判定天馈线系统连接处存在漏气情况，无进水或者接触不良情况，因为天馈线系统主要构成就是主馈电缆、功分器、分馈电缆、天线的相互连接，所以通过不停向天馈线充气，通过涂抹泡沫水的方式从下往上检查各个连接处检查是否有漏气，最终发现由于常年累月日晒雨淋导致主馈电缆密封连接处密封不严漏气。重新打胶紧固接头，待气压饱和后用防水胶布缠绕恢复正常。

故障二现象：发射机各项指示正常，但是接收质量差。

故障分析处理：这类情况可以通过检查天馈线系统，测环路电阻值，电阻值不稳定有几百欧阻值抖动变化，可以断定天馈线系统有老化或者异物接触不良导致整体系统不稳定，这种情况下将功分器与主馈电缆头及分馈线头拧开，短路每条馈线芯线与屏蔽层，测环路电阻值，再测功分器各路芯对芯、屏蔽层对屏蔽层的阻值，看是否正常导通，以及测试各个振子阻值是否正常，一般这类情况大多是因为进水氧化造成连接处接触不良，若有新备件将测量不达标的元器件全部更换，若没有就清除各元器件上的氧化物，重新制作接头，用万用表测量电阻值以及扫频仪测量驻波比无误后将接头拧紧，在电缆连接头外皮处用胶水封好即可。

故障三现象：早上开机15CH发射机入射功率低反射功率和驻波比变大，设备告警。

故障分析处理：首先检查发射机是否正常，将发射机接入假负载试机各项参数正常，排除发射机故障引起的。该发射机是单独天线播出不经过多工器，排除多工器故障。因此判断故障点应该在馈管或天线上。由于以前也出现过前一晚上下雨导致该发射机早上开机的时候驻波比和反射功率偏大，工作一段时间后就恢复正常的现象。而这次故障也是前一天晚上下了一整晚大雨后早上开机出现故障，所以判断是天线接头密封不好雨水渗进天线导致发射机反射功率变大。于是将发射机降功率播出，等天线的水分蒸发完后各项参数恢复正常后，将发射机恢复正常播出。利用周二下午停机检修时间，上塔检查天线和馈管的接头处发现密封胶水老化，将该处接头拆开清理干净接回重新打胶密封后，再遇下雨也没有出现之前的故障。

六、小结

发射天馈线系统主要由天线振子、功分器、馈线电缆连接而成，天线可根据实际情况采用不同极化方式，在安装检修前弄懂天线类型是维护天馈线系统的首要工作，存在故障的普遍原因主要是时间一长电缆接头防水的硅胶圈松动变形导致密封不牢固，加上高山台站雨水多，导致天馈线或功分器渗水，绝缘电阻大大降低，形成短路，或者雨水顺着电缆线进入分馈线接头及功分器，产生各种氧化物跟污垢，造成各配件接触不良或者短路，使整个天馈线系统指标低或者无法工作，所以了解天馈系统原理及做好日常检修维护是确保安全播出工作的重要保障。