中波发射台双频共塔天馈系统两例故障分析

甘肃省广播电视局白银广播转播台 赵淑兰

本文对白银广播转播台中波双频共塔天馈系统两例故障从故障现象、故障分析与故障处理过程进行了详细的阐述，供同行借鉴。

中波转播发射台技术系统由供配电系统、音频信号源系统、发射系统、监控系统组成。发射机、天馈线、匹配网络及其相应的配套设施构成发射系统。发射系统中的天馈线、匹配网络作为中波发射台的重要组成部分，其作用是将发射机输出的高频已调波信号高效率的传输辐射出去。现在的数字调幅发射机，对天馈系统的要求很高，大多数中波发射台音频信号源系统、发射机、供配电系统均有备份，而天馈线、匹配网络大多数台站没有备份，因此天馈系统故障引发的停播、劣播事故已严重影响中波发射台的安全播出，各个台站对于天馈系统的故障处理及日常维护高度重视。

白银广播转播台现转播中央人民广播电台《中国之声》和甘肃新闻综合广播，频率分别为540kHz和873kHz，为了节约资金和减少土地占有面积，我台采用双频共塔发射，共有天线为边宽为0.5m，高度为76m三角拉线桅杆天线。两台发射机输出功率均为10kW、输出阻抗为50Ω，每台发射机用各自特性阻抗为50Ω馈线将高频已调波信号传输到各自的天调网络，再共塔发射出去。我台双频共塔天调网络是成都凌风天线设备有限设备公司设计的，此网络主要由预调网络、阻塞网络、匹配网络组成。

预调网络的作用：电感L5、L6组成预调网络，由于540kHz处于中波段的低频，天线实部电阻较小，虚部容抗较大，与共塔的873kHz的实部电阻值相差较大，两个输入阻抗的模值相差也较大，假如把两个信号从塔底直接分开，天线底部两电压相差较大，泄露电压相差也大，造成高电压发射机对低电压发射机的串音。当共塔两频率的输入阻抗模值相等时，两个阻塞网络的视在功率最小，在共塔天线底部设计预调网络，通过L5、L6值的有效选取，在共塔两频率的阻塞网络处改变两个频率的天线输入阻抗，降低双频共塔网络的视在功率，使共塔两频率的塔底电压相近。

阻塞网络的作用：L4、C4组成的并联谐振电路对频率为873kHz的高频信号进行阻塞，L7、C5组成的并联谐振电路对频率为540kHz的高频信号进行阻塞。因发射天线既发射信号，同时也接受本台发射的其他频率的信号，铁塔上接受到的高频信号通过天线铜管、天调网络、馈线送到发射机功放输出，损坏功放管。

匹配网络的作用：L1、C1、L2、C2、L3、C3组成频率为540kHz的高频信号的匹配网络，C6、L8、L9组成频率为873kHz的高频信号的匹配网络。匹配网络使天线复数阻抗中的实部阻抗等于馈线的特性阻抗，使天线的虚部阻抗趋于零，即使天线阻抗与馈线阻抗匹配。

只有当天线的输入阻抗与馈线阻抗、发射机功放输出阻抗匹配，发射机输出的高频已调波信号才能通过天线有效辐射出去，而天线的输入阻抗随季节温度变化，周围地面土壤、感应场的变化其复数阻抗也发生变化，如不及时跟进调整，天线与发射机阻抗失谐，反射电压过大、驻波比越限，将引起发射机自动降功率或关功放保护。

下面就我台发生的两例天馈系统故障进行具体的分析。

故障现象一：输出功率为10kW、载波频率为540kHz的数字调幅发射机在运行中天线驻波比、网络驻波比偏高，发射机自动降功率至2kW播出。

故障检查：发射机出现异常现象时，值班员从监控视频上看见载波频率为540kHz，高频信号的天调网络中的阻塞网络C4（两只容量为1000pF电容并联），与匹配网络连接的一端打火，发射机自动降功率至2kW播出，等播出结束后，维修人员到天调室仔细查看，发现打火处的阻塞电容C4、匹配电容C3已轻微炸裂，与其相连的一段铜皮烧坏。

故障处理：将烧坏的阻塞电容换成相同型号的新电容，连接铜皮换成新的，发射机工作正常。可发射机运行几天后，新换的电容和匹配网络中的电容C3都被烧坏炸裂。本台技术人员与安装天调网络的厂家技术人员共同分析发生此次故障的原因，决定对电容C4、C3在总容量不变的情况下首先增大其额定无功功率，再通过两个或两个以上相同型号电容串、并混联提高电路的耐压，分流能力。

匹配电容C3原电路中是一只1000pF电容。改动后由四只1000pF电容先两两相串联后再并联，总容量不变。即：C3=1000pF/2+1000pF/2=1000pF。

阻塞电容C4原来是由两只相同型号的1000pF电容并联，总容量为2000pF。改动后为：两只相同型号1500pF电容串联后再与两只相同型号2500pF串联后的电容并联，总电容仍为2000pF。即：C4=1500pF/2+2500pF/2=2000pF。

故障分析：天调网络中的电容要承受大电流、高功率及网络谐振形成尖峰电压的冲击，又由于构成网络的电容、电感已使用多年，自身材质老化等原因而造成发热爆裂，使天线输入阻抗和馈线特性阻抗失谐。改动后的电路采取的是把电容进行串联和并联进行混联，电容串并混联具有分压分流的作用，减轻了电感、电容的承载能力。

下面对电容的串并联的分流分压作用进行详细分析：

电容串联分压原理分析：电容串联的容抗是所有串联电容容抗的总和，即电容串联时容抗增大。容抗增大就会使电流减小，电流减小又会使每个电容容抗产生的电压降减小，这样电容串联就像电阻串联分压一样，所以电容器串联具有分压的作用。在发生故障的匹配网络中，我们首先用相同型号、相同容量的电容器串联后容量减少了，但是它的耐压值增加了，再通过并联电容使总容量不变。N个相同型号的电容串联后的总容量是其中一只电容容量的倍，总的耐压值是其中一只电容的耐压值得n倍。计算公式是：C总=C，U总=nU。在此次故障处理中我们用多个电容器代替一个或两个电容，提高了电路的耐压能力。

电容并联分流原理分析：电容并联时，相当于极板的面积增大了，又因电容和面积成正比，面积增大，电容容量增大。容量相等、耐压相等的n个电容并联，总容量等于其中一只电容容量的n倍，总电流等于其中一只电容电流的n倍，电容并联后，支路增加，如同电阻并联具有分流作用一样，电容并联同样有分流作用。

故障现象二：发射频率为540kHz、输出功率为10kW的DAM数字调幅发射机在运行中，前面板天线驻波比和网络驻波比显示红灯，同时发射机掉高压，无法开机。

故障检查：从发射机工作状态及面板显示初步判断，发射机掉高压可能是由于发射机输出网络与天调网络严重失配引起的。维护人员在天调室天调网络架上发现540kHz匹配网络中的串联电感线圈L3下端的支撑胶木板支架（靠近柜架边沿）烧焦碳化。

故障原因分析：本台技术人员会同天调网络生产厂家（四川凌丰责任有限公司）调机专家对故障进行了研判，根据经验判断分析应该是“回路涡流效应”造成的。

“回路涡流效应”是指某高频信号在一个闭合回路中瞬间形成一高频电流，起始状态电流比较小，但是不断的像涡流那样电流逐渐增大，最后形成使电器设备击穿或破坏性电流。

我台天调网络形成“回路涡流效应”的根源是频率为540kHz的高频载波信号在深度调制状态时产生高频大电流，这时通过电感线圈L3（直立在桌面上）的下支撑胶木与桌面的边沿角钢（横边、左竖、右竖）及侧面拉撑，四边都在同一个侧面形成长方形涡流回路，形成回路电流。

天馈系统中的匹配网络各器件要承载大电流，在高功率情况下电感线圈与放置天馈网络支架桌子桌面的角钢形成回路电流，产生拉弧，将其一端的绝缘材料胶木板支架烧焦，天馈网络与天线输入阻抗严重失谐，从而导致驻波增大，发射机保护电路动作强制关机。

故障处理：因发生故障的天馈系统为独立播出使用，无备用天馈系统替代，为了尽快恢复播出，用一根木棒代替胶木板将L3支撑起来，暂时维持播出。等播出结束后再进行维修处理。维修人员通过对发射机故障原因分析，做了以下改动：用两根长2m、宽12cm、厚1.2cm的胶木板替换上下两层网络支架桌同一侧的上下两根横着的角钢以阻断电流回路。回路电流1通过桌面四根角铁形成；回路电流2通过固定支架桌中间平拉的四根角钢（与地面平行）形成，同时对L3接触点的螺丝紧固，发射机开机后正常运行，故障排除。