大功率短波天饋線傳輸通路阻抗失諧改造與應(yīng)用

曲鵬璽

摘 要 大功率同相水平天饋線是短波波段使用最為廣泛的一種天線。文章主要介紹了大功率短波同相水平天、饋線系統(tǒng)在國(guó)家新聞出版廣電總局二〇二四臺(tái)多年的運(yùn)行中出現(xiàn)的兩起典型故障，并對(duì)頻繁出現(xiàn)的典型故障進(jìn)行深入研究及分析，通過(guò)分析對(duì)天饋線進(jìn)行了幾處改造，改造取得了較好的效果。在改造成功天饋線運(yùn)行穩(wěn)定的基礎(chǔ)上對(duì)兩處改造進(jìn)行了詳細(xì)分析及總結(jié)，對(duì)于同類(lèi)大功率短波同相水平天、饋線維護(hù)和改進(jìn)有著一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞 大功率同相水平天饋線；阻抗失諧；打火故障；跳籠；改造

中圖分類(lèi)號(hào) TN934 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）229-0059-02

國(guó)家新聞出版廣電總局二〇二四臺(tái)于2011年安裝4部國(guó)產(chǎn)DF500A大功率短波發(fā)射機(jī)，架設(shè)有8副同相水平天線和8副偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，在天饋線測(cè)量調(diào)試階段對(duì)包括方向圖、增益、極化、輸入阻抗以及工作頻帶等天線基本電參數(shù)進(jìn)行測(cè)試及調(diào)試但經(jīng)過(guò)幾年的試運(yùn)行天饋線頻繁出現(xiàn)饋線打火故障，后將出現(xiàn)的饋線打火故障進(jìn)行記錄、分析、分類(lèi)，通過(guò)理論計(jì)算及多次實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證確定改造方案。每項(xiàng)針對(duì)性的改造都取得了顯著效果，也徹底解決了同類(lèi)型打火故障。

1 典型故障一：主饋線跳線打火故障

1.1 主饋線跳線打火故障分析

二〇二四臺(tái)A01—A08主饋線設(shè)計(jì)為雙籠形如圖1（饋線），特性阻抗約為300Ω，每側(cè)饋籠由12根φ4mm的銅包鋼組成，導(dǎo)線間絕緣距離為500mm，饋線通過(guò)饋桿懸掛，轉(zhuǎn)角處為雙門(mén)支撐，通過(guò)籠形跳線連接傳輸功率。跳線由絕緣玻璃纖維繩固定（如圖1），玻璃纖維繩與主饋線跳線由銅綁線固定，保障跳線在運(yùn)行中穩(wěn)定不變形，以滿(mǎn)足施工工藝要求加電不打火，風(fēng)吹不翻轉(zhuǎn)，跳引線之間及跳引線與饋線桿保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

饋線加電運(yùn)行2年期間跳線相對(duì)穩(wěn)定，但2年后頻繁出現(xiàn)跳線打火故障，A01—A08主饋線共使用27個(gè)跳線共出現(xiàn)18次跳線打火故障。經(jīng)過(guò)分析得知，一是由于饋線加電時(shí)溫度較高長(zhǎng)時(shí)間使用，導(dǎo)致玻璃纖維繩加快老化絕緣降低，本體打火故障（如圖2）；二是二〇二四臺(tái)座落在東北極寒地區(qū)，夏冬最大溫差70余度致使玻璃纖維繩形變較為嚴(yán)重導(dǎo)致跳線間距變化較大使饋線出現(xiàn)阻抗失諧能量堆積出現(xiàn)打火故障。

1.2 改造方法及創(chuàng)新點(diǎn)

將原有主饋線跳線固定方式改為每側(cè)跳線通過(guò)高頻絕緣瓷棒支持單獨(dú)固定。絕緣瓷支撐為3部分，分別是抱箍、絕緣瓷棒、背板。抱箍材料為白鋼，絕緣瓷棒為傳統(tǒng)高頻瓷棒，背板（如圖3）使用材料為鍍鋅厚鋁板，背板上有可緊固的瓷棒座。主饋線跳線通過(guò)抱箍固定，抱箍套在絕緣瓷棒上并通過(guò)頂絲固定，絕緣瓷棒固定在背板瓷棒座上。

饋線跳線改造無(wú)論是在材料選擇還是支撐組件的設(shè)計(jì)都經(jīng)過(guò)了近百余次的嘗試，最終確定方案：

1）抱箍可固定不同粗度的饋線跳線；

2）背板材料為鍍鋅鋁板即輕薄又耐輻射；

3）瓷棒在背板支持座上可調(diào)整高度，安裝成品（如圖3）。

由于絕緣瓷支持的三個(gè)部分都是可調(diào)節(jié)的適用于不同饋線跳線便于安裝、推廣和批量生產(chǎn)。二〇二四臺(tái)的27組跳線均已通過(guò)此改造，改造至今3年來(lái)未發(fā)生饋線跳線打火故障，徹底解決了原跳線打火故障。此改造中的絕緣支撐組件獲得“實(shí)用新型國(guó)家專(zhuān)利”。

2 典型故障二：偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)跳籠打火故障

2.1 偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)跳籠打火故障分析

當(dāng)發(fā)射機(jī)滿(mǎn)功率播出時(shí)頻繁出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)內(nèi)部打火故障，偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)與跳線連接處打火，跳線間打火故障。播音頻率不同都出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似故障所以排除不同頻率造成的不確定性打火故障。后經(jīng)過(guò)從發(fā)射機(jī)窗口、主饋線、切比雪夫變阻器、偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分段測(cè)試，發(fā)現(xiàn)打火偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)跳線阻抗均大于原設(shè)計(jì)150Ω某些頻率可高達(dá)230Ω，同時(shí)此處VSWR駐波比遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求的上限值1.54。最終確認(rèn)，偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)頻繁打火原因是跳籠設(shè)計(jì)存在一定缺陷，導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)輸入阻抗失諧所致，打火故障（如？圖4）。

2.2 改造方法及創(chuàng)新點(diǎn)

將原設(shè)計(jì)12芯組成的錐形跳籠改造成24芯組成的筒形跳籠，通過(guò)改變跳籠芯數(shù)及兩跳籠間距保證了偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)輸入輸出阻抗相等。根據(jù)計(jì)算嚴(yán)格控制兩跳籠的直徑300mm。將原跳籠間加裝絕緣橫支持確保跳籠的穩(wěn)定性。改造原理：原設(shè)計(jì)偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)可以看成一對(duì)由12根導(dǎo)線做成的圓柱形籠子，雙籠形饋線可以等效成理想的二線式饋線，其平均等效直徑也可看成理想的單根導(dǎo)線直徑。所有雙籠形饋線的特性阻抗可按下式進(jìn)行計(jì)算：

其中：c z為雙籠形饋線的特性阻抗；ρ為兩籠形饋線中心點(diǎn)直接的距離；αd稱(chēng)為籠形饋線的平均等效直徑；n是組成籠形饋線的細(xì)導(dǎo)線根數(shù)；D為籠形饋線的平均等效直徑；d為細(xì)導(dǎo)線直徑。根據(jù)已知技術(shù)數(shù)據(jù)及多次的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)制作測(cè)量，驗(yàn)證當(dāng)偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)籠形饋線的細(xì)導(dǎo)線數(shù)為n=24時(shí)，兩跳籠間中心距離ρ較大約為450mm較容易達(dá)到安裝工藝要求以及相對(duì)穩(wěn)定。根據(jù)原理公式1及公式2測(cè)算出籠形饋線的平均等效直徑為300mm。改造后的跳籠（如圖5）。

3 結(jié)論

由于天饋線問(wèn)題的復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)、安裝甚至求解過(guò)程中，會(huì)遇到很多難以解決的問(wèn)題，盡管現(xiàn)在已采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，使某些精確計(jì)算已取得了一定成果，但還未達(dá)到能夠解決一起天饋線問(wèn)題的程度。由于在設(shè)計(jì)、求解天饋線問(wèn)題的過(guò)程中，都作了不同程度的近似，這樣問(wèn)題的理論分析與實(shí)際結(jié)果之間不可避免地會(huì)存在一定差異，所以對(duì)天饋線投運(yùn)前的調(diào)試和測(cè)試必不可少，運(yùn)行中針對(duì)性的創(chuàng)新和改造更是安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。二零二四臺(tái)的“饋線跳線絕緣豎支撐改造”和“偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)跳籠改造”，兩項(xiàng)改造無(wú)論是材料選擇還是結(jié)構(gòu)組成都經(jīng)過(guò)了大量計(jì)算和多次嘗試，最終確定改造方案，徹底解決了原本出現(xiàn)率最高的兩個(gè)？故障。

參考文獻(xiàn)

[1]左智成，李興華.電波與天線[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2006（8）：166-167.

[2]萬(wàn)學(xué)哲，短波同相水平天線偏向開(kāi)關(guān)入口跳籠改進(jìn)[C].2014年學(xué)術(shù)年會(huì)暨第七屆《王選新聞科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)》和優(yōu)秀論文獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)大會(huì)論文集.