调频广播发射天线原理与维护

臧志远

【摘要】无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接收下来，并通过馈线送到无线电接收机。天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。本文着重介绍了调频广播天线的特点、调频广播常用的偶极板天线以及天线的维护。

【关键词】偶极子板;极化 ;驻波比;馈线;VSWR

中图分类号：TN929             文献标识码：A             DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.017

天线的作用就是把从导线上传来的电信号转化为无线电波发射到空间;收集无线信号并产生相应的电信号。导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱;将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱;导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。

馈线是连接天线和发射机输出端的导线，主要功能是以最小的损耗有效传输信号能量，传输损耗尽可能小，自身不产生或拾取杂散干扰信号，故传输线要求屏蔽或平衡，当传输线的几何长度大于或等于所传输信号的波长时就叫长传输线，调频测试长线一般20米～30米。

1. 调频广播天线的特点

1.1 天线的几个基本参量

天线的方向性与增益，一般将辐射强度与方位的关系称为天线的方向性。无方向性天线的辐射强度E。与Em（最大辐射度）之比的倒数一般称为相对于无方向天线的天线增益，或简称增益G，即G=Em/E。在调频发送天线中，其增益是以半波天线为基准的，也即所谓天线增益是相对于半波天线而言。

1.2 辐射电阻

有效面积和有效长度调频广播的频率范围87～108MHz，根据地形或服务对象等原因，调频天线的极化方式为圆极化、线性极化（水平极化、垂直极化）。调频频道的带宽为200KHz，所以可以使用频带较窄的天线。但在实际应用中，一般要多套节目共用天线，因此均采用宽频带天线，而且其VSWR受到调频线性失真的限制，不能超出允许范围。

当馈电线与发送天线不匹配时，那么对于电视广播来说，接收图像会产生重影，而对于调频广播来说，将产生像非线性失真那样使调频特性恶化的现象。在调频立体声广播场合，左右分离度是一项主要指标，是用100Hz～15000Hz的调制频率以最大调制度进行调制的，其左右分离度应在30dB以上，左右分离度随发射机负载（发送天线系）VSWR的变化而变化，为了确保左右分离度在30dB以上，VSWR最大应小于1.5。在立体声广播时，其主信道信号对立体声副信道产生串音及副信道的失真系数，或者副信道对主信道的串音等等都随着發射机负载VSWR之变而变，但当发送天线系统的VSWR低于1.5时，能将指标限制在部标规范内。在馈线非常长以及使用多频共用设备场合，应保持具有良好的VSWR。从上述讨论可知，在单声道广播或立体声广播时，失真系数等调频特性为发送天线系统的VSWR所左右，所以应对这特性予以足够的重视。

调频发送天线的带宽特性对电视发射天线而言，几乎不成问题，即使对于电视广播来说频带较窄的天线，也能用于调频广播。但在数台不同频率发射机共用一付天线场合，该天线就应具有较宽频带特性，下面将介绍在实际应用中最常用的偶极子板天线。

偶极子板天线是一种性能较好，应用广泛的发射天线，过去多用于电视广播。随着调频广播多工的应用，对其天线的要求也越来越高，偶极子极天线逐步在调频广播中得到应用。偶极子板天线是由反射板和偶极子所组成，偶极子板天线结构比较简单，且能方便地安装在铁塔侧面，同时通过选择适当的天线振子数目及改变其馈电方法便可方便地改变发射天线在水平面内和垂直面内的方向图，以满足各种电台不同的服务要求。

目前，我台调频广播所使用的是双偶极板天线。该天线由平行的相距λ/2的两对半波偶极子及其反射板组成。半波偶极子的材料为铝合金管或不锈钢管，中间有聚四氟已稀绝缘。反射板由镀锌钢管或不锈钢管焊接而成，以减少天线的风荷。由于振子后面的反射板的作用，双偶极板天线是一种有较强方向性的天线，其半场强角宽度均为90°左右，因而可通过四面组合方式，获得较好的水平面无方向性的方向图。当然也很容易通过不同面数的组合得到各种需要的水平面方向图。

2. 多工馈电系统

为了最经济的实施调频广播，就需要根据各自特点实施最佳方案，例如采用电视，调频共用一付天线;调频、中波广播或者调频、电视共塔使用等等，但对于具有多套节目调频广播电台来说，还是以多部发射机共用一付天线，采用多工馈电的方法为好。

2.1 调频多工器必须满足下述三项指标：

（1）每部发射机与天线之间的插入损耗要小;（2）连接多工器的任意两发射机之间要足够的隔离度;（3）每个输入端要有合适的阻抗匹配，多工器的种类很多，既有双工器，又有三工、四工、五工器，但双工器是其基础，其它多工器都是由此组合而来。

辽宁省广播电视中心发射台的调频广播中的十套调频节目就是通过多工器播出的，为了获得较大的功率输出，分别用了一套四工器，一套六工器。根据辽宁省广播电视中心发射台的实际情况，对我台调频广播十个频道，设计一套四工器和一套六工器，多工器采用全桥式结构，预留宽带口方便以后增加频道。

多工器单个桥式单元功率容量设计为10KW，开关板功率容量120KW。六工器连接开关板然后双馈输出到天线，四工器输出直接连接新天线。

3. 调频天线的测试

3.1 驻波比

调频天线工作状况的好坏主要看调频天线驻波比指标是否符合要求。测试调频天线驻波比可以使用网络分析仪，也可以使用扫频仪。下面介绍一下使用扫频仪来测试调频天线驻波比指标的方法。

测驻波比的连接方法如下图所示：

测试方法：先将测试长电缆终端开路，造成扫频信号全反射，调整Y轴增益使全反射波的峰值置于一定的格数A;将被测负载与测试长电缆终端相接，根据扫频仪上的波形在被测频段读得电压波动的最大峰值B;代入公式：S=（A+B）/（A-B）即可求得驻波比。

3.2 直流电阻

天线系统的直流电阻是了解其接触状态的一个重要指标。在测量时，是将低阻计或双电桥与内外导体相连接，测得的电阻值是包含天线振子在内的环路电阻值。由内导体的热胀、冷缩而导致电阻值的变化，一般在停机2小时后再进行测量。在停机后，随着馈管的冷却，电阻值的变动又固定在一定值上，其变动幅度越大，越说明馈管质量变劣，所以通过一段时间的测量，就可以观察出馈管的情况。

4. 调频广播发射天线的维护

天线、功分器、馈线等要使用专用夹具进行牢固固定。天线夹具应使用双螺母进行紧固，防松防锈。天线振子要与水平面垂直，可以用水平尺进行校正。主馈线进机房要外低内高，防止雨水倒灌。馈线弯曲时半径不能太小。接头密封按照密封圈、密封胶、密封胶带、防老化胶带顺序进行。防水密封工作必须仔细，条件允许的情况下可以進行充气保压。在发射机房天线系统主馈电缆输入端充入30Kpa（千帕）气压的干燥空气或氦气。24小时后气压下降数应小于5KPa。定期进行天馈线系统的检查。接头是否发热严重、密封是否良好、天馈线捆扎固定是否牢固、各种卡具螺栓是否松动等等。使用仪器测量驻波比。尤其是使用具有故障定位功能的天馈线分析仪。天线、功分器、馈线的外观检查，是否有烧毁、断裂、脱落现象。检査接插件是否接触良好，用手拔插应有一定力度。驻波比时大时小，应检查插件表面有无打火发黑，检査天线、功分器、馈线是否进水，有无水浸痕迹或有霉斑，拆开后有水要找到进水原因，然后要擦干，再用电吹风吹干。检查天线、功分器、馈线是否短路或断路。如驻波比较大，分馈线的外皮断路或外皮与内芯短路。

要定期检查直流电阻或绝缘电阻是否符合要求。绝缘电阻不够时在小信号时正常，大信号时不能工作。天馈线系统的直流电阻是检验系统各连接点接触良好的指标之一。天馈线系统无短路点的情况下，应在机房端测天线系统绝缘电阻：有短路点时应断开短路部件后测量.并应分段测量各部分的绝缘电阻、主馈电缆、功率分配器（在无短路点情况下）、分馈电缆等各分项绝缘电阻值应不小于500MΩ，天线单元（在无短路的情况下）绝缘电阻应不小于50MΩ，同时进行天馈线系统机房端（在无短路点的情况下）绝缘电阻的测量，并记录其数值，以作日后维护参考。