发射机天馈系统网络故障分析与维护

张凤海

（甘肃省广播电视局会宁广播转播台，甘肃白银 730700）

1 系统概况

甘肃省广播电视局会宁广播转播台（下文简称“转播台”）有2 个频率，分别为1305 kHz 和1008 kHz，2 个频率为双频同塔网络。由于多方面原因的限制，在全国大范围内普遍使用50 Ω特性阻抗的背景下，会宁广播转播台机器输出特性阻抗为75 Ω。天线是广播转播台发射天馈系统的核心，通过天线变动功能实现电磁波辐射和信号接收，广播转播台发射天馈系统终端设备性能的好坏直接决定着转播台播出信号的质量。电子设备安装天线后才具备产生电磁波的能力，天线系统和馈线系统共同构成天线部件。会宁广播转播台调频方式中使用的天线为一类播出设备，处于回路状态的负载主要通过发射机末级槽路输出[1]。天馈系统和发射机联合运行并处理高频电流与电磁波的转换，使有效空间内产生高质量信号，确保播出及视听质量。

2 系统网络故障的主要表现

转播台使用的发射机设备机器输出阻抗为75 Ω，机器安装调试后运行的过程中一直存在功放盒发热、防雷效果差、机器不稳定等问题。经过反复修理和调试，各项指标虽然均能达到甲级水平，但性能仍不够完美。会宁广播转播台所在地区为黄土高原，地下水位较低，水深土厚，接地电阻刚刚达标，在夏季多雷雨的运行环境下，功放盒遭雷击损坏的情况频发。此外，发射机天馈系统各发射频率之间存在互相干扰的问题，信号稍大的情况下，发射机表头便会随信号幅度变化同步摆动，超限、过负荷报警及掉高压的可能性较大，如遇天气变化，还存在较大的掉功率、功放模块烧毁等可能。

3 故障维护思路

3.1 发射机槽路改造

为了解决功放发热、易损坏等问题，我台对槽路T 网络进行了测量。发现断开A 点测量，带上天线测量，数据为50+j0。测量L4、L5 的电感量，发现L4 不等于L5 但C7=C8。根据理论值，75 Ω 特性输出阻抗T 网络移相及防雷原理，对发射机槽路进行改造计算如下：L6 与C3 谐振于三次谐波，滤除三次上的电压成分，根据傅立叶分解公式，三次谐波振幅最大，随着谐波次数的增高而振幅减小[2]。为便于计算，把图1 等效为图2，把L6 串C9 等效成C′。图2 为一个T 形匹配网络Q=XL/R=tgB，B 为半边电路的相移角，整个网络的相移角为2B。当R 短路时，XL 直接与2 个XC 并联等效为电抗，这个等效电抗再与左侧的电感串联。整个网络的相移角为－45°，则X=其特性阻抗传统为50 Ω，转播台特殊为75 Ω。当输出短路时，网络的等效阻抗由纯阻75 Ω 转为感抗75 Ω（j75 Ω）。

图1 T 形匹配网络

图2 谐波次数增高的T 形匹配网络

在新机器来时，机器不稳定，调机出厂时虽然假负载为75 Ω。但是厂家出厂时把A点阻抗（T 网络）调成50 Ω，不能正确匹配。机器到达电台后，也能正常播出，但功放盒发热。经仔细分析，50 Ω通过T 网络后转为75 Ω，相移角发生变化。人为短路负载75 Ω，使输出为0 Ω，此时测量A 点阻抗，既不是＋j50 Ω也不是＋j75 Ω，假如发生雷击，机器功放输出阻抗不能与天馈匹配，容易造成烧功放盒。机器功放发热，热稳定性变差，指标也不好。在A 点为50 Ω 时，指标见表1。

表1 频率1305 kHz 指标

通过对槽路的重新改造，将A 点改为75 Ω（图3），机器三大指标均得到显著改善，结果见表2、表3。按照这一思路改造后，功放盒在运行过程中温度明显变低，用手触摸功放盒感觉不到发热，热稳定性改善，机器运行的稳定性及安全性也显著提升。

表2 频率1305 kHz 改造后指标

表3 频率1008 kHz 改造后指标

图3 实际电路

3.2 天调网络改造

转播台天调网络改造前电路如图4 所示。

思路1：总结长期经验教训，真空可调电容，虽然能够在一定范围内可以调节，但是随着环境温度的变化，电容容值也会发生变化，温度漂移大。首先针对图4中的C1 进行改造，把可调电容更换为瓷饼电容（陶瓷电容），陶瓷电容具有耐压高功率容量大，温飘系数小等优点。将C1 改为500 pF/25 kV/25 kV·A定值瓷饼电容，把原来的电容调节改为用电感进行调节，电感线圈用紫铜制造，电感量受温度影响小。

图4 天调网络改造前电路

思路2：对L1 与L4 线圈加粗。会宁县地处温带，冬季寒冷，极端最低温度可达-20 ℃；夏季炎热，极端最高温度可达35 ℃。此外，会宁台发射机天调室处于密闭空间，天调网络散热系统位于室内，在夏季炎热环境情况下会使环境温度进一步升高，超过50 ℃。为加速散热，应将阻塞线圈加粗处理，即将L1 与L4 线圈加粗。L1 与L4 线圈原规格为Ф10 mm，改造后规格为Ф30 mm，改造后阻塞线圈运行过程中基本不发热，L1 与L4 电感的Ф值均降低，整个天调网络运行更加稳定安全。根据推算，应使用大于18.4 mm 的紫铜管。原先用规格Ф10.0 mm 的管子设计过于保守，选用规格Ф30 mm 管子，冗余量大，阻塞网络运行平稳，在夏季天调室成觉不到热达到了运行平稳、安全播出的要求。

思路3：在1008 网络中增加接地电感L8。原网络虽然满足阻抗匹配的技术要求，但未考虑到气候变化对铁塔阻抗的影响，尤其在会宁地区冬季气温较低，低温环境会对天线阻抗产生不利影响。厂家在设计时，只能调节L2/L3 公共端之预调网络，并且L2/L3 预调网络的调整必然造成1305 网络阻抗的变化。调试过程中1008 网络调整后，1305 网络必然随之发生变动，给调试造成巨大困难，甚至调试失败，浪费时间精力。为此，可以考虑在1008 网络中增加一对地可调电感L8，并使L2/L3 公共端之预调网络固定不动。两套网络互相独立，互不影响，大大简化了调试过程（图5）。

图5 1008 网络增设对地可调电感L8 示意

对于中波发射系统而言，天调网络的性能十分关键，其与发射效果和发射频率均存在直接关联，通过以上改造措施的实施及对天馈匹配网络和发射机输出网络的调配后，发射环境明显改善，调配网络的稳定性显著提升。

4 结论

采用以上方法对槽路网络及天调网络进行改造后，系统运行过程更加平稳、安全，即使在冬季气温较低和夏季炎热的环境下，机器仍安全播出，且机器6 层防雷效果十分明显，雷击隐患彻底解除，能够保证机器稳定运行。特别是T 网络改造后所增设的最后一级防雷效果，更为发射机天馈系统增加了一层防雷保护。系统改造后转播台可实现全天候高质量播出，停播率为0。