駐波比和頻率特性在電視臺無線電發(fā)射技術(shù)中的應(yīng)用

史浩東 溧陽廣播電視臺

在廣播電視系統(tǒng)中，無線電發(fā)射技術(shù)是一個(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。廣播電視的最后播出信號要通過發(fā)射機(jī)經(jīng)由天線發(fā)射出去，而天線饋線工作狀況的正常與否直接關(guān)系到廣播電視節(jié)目信號的傳輸。

隨著廣播電視發(fā)射技術(shù)的發(fā)展，全固態(tài)發(fā)射機(jī)愈來愈多的被使用。我臺使用的是北京廣播器材廠生產(chǎn)的1千瓦全固態(tài)發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)運(yùn)行比較穩(wěn)定，輸出功率也能得到保證。但是天饋系統(tǒng)也是制約發(fā)射的一個(gè)重要因素，如果天饋系統(tǒng)狀態(tài)欠佳，則將成為安全播出的隱患，因此對于天饋系統(tǒng)的檢查、維護(hù)愈來愈顯得重要。

在天饋系統(tǒng)中，電壓駐波比（VSWR）是射頻技術(shù)中最常用的指標(biāo)參數(shù)，用來衡量部件之間的匹配是否良好。電壓駐波比又稱駐波比，又名VSWR和SWR。在射頻技術(shù)中，天線和饋管的阻抗不匹配或天線與發(fā)射機(jī)的阻抗不匹配，高頻能量就會產(chǎn)生反射，天線中入射波和反射波疊加就形成了“駐波”。

只有阻抗完全匹配，才能達(dá)到最大功率傳輸。這在高頻中尤其重要。發(fā)射機(jī)、傳輸電纜（饋管）、天線阻抗都關(guān)系到功率的傳輸。電視發(fā)射系統(tǒng)中，饋管與天線的阻抗匹配性能可用駐波比來衡量。

饋管與天線的阻抗不匹配時(shí)，發(fā)射機(jī)發(fā)射的電波將有一部分反射回來，在傳輸電纜中產(chǎn)生反射波，反射波在饋管中反射至發(fā)射機(jī)后，最終產(chǎn)生為熱量消耗掉。接收時(shí)，也會因?yàn)樽杩共黄ヅ?，造成接收信號不好?/p>

圖1所示為饋管與天線的阻抗不匹配時(shí)，前進(jìn)波（發(fā)射波）與反射波以相反方向傳輸并疊加產(chǎn)生駐波的現(xiàn)象。

電視發(fā)射系統(tǒng)中，饋管與天線的阻抗完全匹配，將不產(chǎn)生反射波，這樣，在饋線里各點(diǎn)的電壓振幅是恒定的，如圖2中左部分，阻抗不匹配時(shí)，在饋線里產(chǎn)生圖2右方的電壓波形，此時(shí)，駐留在饋線里的電壓波形就叫做駐波。

發(fā)射系數(shù)S的計(jì)算公式如下：

式中ZL和Z0分別是輸出阻抗和輸入阻抗，發(fā)射系數(shù)S為負(fù)值時(shí)表明相位相反。

駐波比SWR的計(jì)算公式如下：

駐波比越高，表示阻抗越不匹配。

當(dāng)輸出阻抗和輸入阻抗值一樣時(shí)，即達(dá)到完全匹配，發(fā)射系數(shù)S等于零，駐波比為1。這是一種理想的狀況，實(shí)際上總存在反射，駐波比總是大于1。駐波比越大，反射功率越高。

例如：當(dāng)輸入阻抗為50歐姆時(shí)，輸出阻抗為25歐姆時(shí)：

駐波比為2。

射頻系統(tǒng)阻抗匹配，特別要注意使電壓駐波比達(dá)到一定要求，因?yàn)樵趯拵н\(yùn)用時(shí)頻率范圍很廣，駐波比會隨著頻率而變，應(yīng)使阻抗在帶寬范圍盡量匹配。

駐波比SWR的值等于1，則表示發(fā)射傳輸給天線的電波沒有任何反射，全部發(fā)射出去，這是最理想的狀況。如果駐波比SWR的值大于1，則表示有一部分電波被反射回來，最終變成熱量，使得饋管升溫。被發(fā)射的電波在發(fā)射機(jī)輸出端口也可產(chǎn)生相當(dāng)高的電壓，有可能損壞發(fā)射機(jī)。

射頻系統(tǒng)中的天線的基本功能就是將調(diào)頻發(fā)射機(jī)末端的輸出的射頻信號經(jīng)由饋管傳輸?shù)教炀€，再轉(zhuǎn)換成電磁波并向空中輻射出去。

頻率特性是無線電發(fā)射系統(tǒng)的另一重要指標(biāo)，天饋系統(tǒng)中經(jīng)常用到。

我國電視是PAL D/K制，伴音載頻頻率比圖像載頻頻率高6.5MHZ，每個(gè)頻道帶寬為8MHZ， 例如溧陽電視臺是11頻道，11頻道的圖像載頻頻率是208.25MHZ，由此可推算出其伴音載頻頻率是214.75MHZ，圖像載頻頻率范圍在207～215MHZ之間，為米波III波段。我臺轉(zhuǎn)播的中央一套綜合頻道是用33頻道轉(zhuǎn)發(fā)的，33頻道的圖像載頻頻率是671.25MHZ，其伴音載頻頻率是677.75MHZ，圖像載頻頻率范圍是670～678MHZ，為分米波V波段。

BT-15掃頻儀作為測試電路頻率特性的儀器已成為電視臺測量調(diào)試與修理中不可缺少的基本測試儀器，在中小電視臺中得到普遍使用。用掃頻儀測試發(fā)射機(jī)的頻率輸出特性和饋管相當(dāng)簡單，操作方便，測量結(jié)果直觀。當(dāng)發(fā)射機(jī)匹配不良或饋管故障時(shí)，可造成輸出頻率和功率不穩(wěn)定，機(jī)器無法滿足功率正常播出，饋管駐波比大，信號衰減大，同時(shí)產(chǎn)生失真和增加噪聲。

我臺電視發(fā)射中心現(xiàn)有四套調(diào)頻電視節(jié)目，分別是11頻道溧陽電視臺自辦節(jié)目，另外三套轉(zhuǎn)發(fā)頻道節(jié)目，分別是19頻道江蘇電視臺節(jié)目、33頻道中央一臺綜合節(jié)目、36頻道中央教育臺節(jié)目。11頻道溧陽電視臺用的是全固態(tài)發(fā)射機(jī)，而33頻道在省有關(guān)部門的支持下也更換為了全固態(tài)發(fā)射機(jī)。11頻道發(fā)射機(jī)和33頻道發(fā)射機(jī)合用一套自動控制系統(tǒng)，該自動控制系統(tǒng)能根據(jù)操作人員的指令，實(shí)現(xiàn)自動開機(jī)、自動關(guān)機(jī)、自動生成運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括兩臺全固態(tài)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率、反射功率、運(yùn)行時(shí)間、駐波比等，能直觀地反映出全固態(tài)發(fā)射機(jī)在運(yùn)行過程中的一些指標(biāo)參數(shù)，供值機(jī)人員分析和處理。

11頻道溧陽臺在運(yùn)行過程中，各種參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)一直比較穩(wěn)定，圖像和聲音也正常。而33頻道是在后來重新更換發(fā)射機(jī)和天饋系統(tǒng)的過程中逐步改造的。包括采購設(shè)備，天線安裝及包括系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測試。33頻道的全固態(tài)發(fā)射機(jī)和饋管安裝調(diào)試后，設(shè)備運(yùn)行正常，運(yùn)行指標(biāo)參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，其中，發(fā)射功率為800W左右，駐波比在1.1左右。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，有一次在值機(jī)過程，設(shè)備監(jiān)控出現(xiàn)報(bào)警，查看電腦數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)機(jī)器功率降低，駐波比變大，在1.25以上，接受畫面也有重影。但等過了一段時(shí)間后，機(jī)器的駐波比又下降，特別是遇到連續(xù)晴天時(shí)，又能正常播出，但是一遇到下雨或連續(xù)陰雨天時(shí)，發(fā)射機(jī)駐波比數(shù)值又增大，圖像又出現(xiàn)重影，聲音也不清楚，反復(fù)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

分析33頻道出現(xiàn)的這一不正?，F(xiàn)象的原因，考慮到33頻道全固態(tài)發(fā)射機(jī)是新近剛更換的，質(zhì)量應(yīng)得到保證。天饋系統(tǒng)是承包給一家鐵塔安裝公司安裝的，天饋系統(tǒng)可能存在一定的隱患，因此決定上鐵塔檢查饋管的安裝情況。

33頻道發(fā)射天線是安裝在88米高的小平臺上，檢查33頻道饋管和發(fā)射機(jī)天線的接頭后，發(fā)現(xiàn)接頭處的硅密封膠有松動現(xiàn)象，因此初步判斷該處有裂紋，一到刮風(fēng)下雨，就有水氣從裂紋處漏入饋管，從而影響了饋管的輸出阻抗。但到了天晴時(shí)，經(jīng)過陽光暴曬，水分揮發(fā)，天線饋管駐波比又有所下降，信號又恢復(fù)正常。將原來接頭處的硅密封膠清除掉，重新涂抹了新的硅橡膠，密封好接頭，重新開機(jī)運(yùn)行33頻道發(fā)射機(jī)，通過掃頻儀檢測機(jī)器的輸出特性，發(fā)現(xiàn)33頻道發(fā)射機(jī)輸出頻率正常，天線饋管系統(tǒng)的駐波比也小于1.1以下，監(jiān)測到33頻道的圖像畫面和聲音也沒有失真。經(jīng)過這次天饋系統(tǒng)修復(fù)后，33頻道發(fā)射機(jī)一直穩(wěn)定工作，沒有再出現(xiàn)天線饋管系統(tǒng)駐波比增大的情況。