调频广播的天馈系统.docx

调频广播的天馈系统.docx

《调频广播的天馈系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《调频广播的天馈系统.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

调频广播的天馈系统

调频广播的天馈系统

 一调频广播的覆盖特点

    我国调频广播使用的频段是87——108ΜΗz,属甚高频频段.由于频率较高，沿着地面传播的地波衰减太快，不能形成服务区;向天空辐射的电波则穿透所有的电离层，一般也不能被反射回地面，即也没有天波,因此，调频广播如同Τv广播一样，是靠空间波来进行覆盖的。

其电波的传播遵从‘‘反射定律’’即在接收点的场强是天线发射的直射波与经地面反射后到达的反射波的合成场强。

调频广播的覆盖范围一般只能在发射天线的视距D之内：

 （式1）

式中：

（HT）___发射天线中心离地面的高度（m）:

HR--接收天线离地面的高度（m）。

在视距之外（阴影区内），电波的传播遵从，绕射定律。

由于甚高频电波的绕射能力很差，绕射场强将急剧衰减，基本上也不能形成服务区。

为了增加电台的服务半径，除可增加有效辐射功率，更重要的是通过提高发射天线离地面的高度（HT）来实现。

所以调频天线一般不是安装在高塔上，就是安装于高大建筑物的楼顶.但HT的高度也受到一定条件的限制，一是高塔的造价较高，二是不允许引起对其它调频台的同（邻）频干扰。

应该说，一个调频台的有效辐射功率（ERP）及发射天线的高度（HT）和使用的频率一样、都要得到频率主管部门的批准，或者说，在作调频广播规划时、ERP和HT两者一起考虑。

      调频广播在我国可按电台的要求选用水平极化波、垂直极化波或者圆极化波。

因为一套调频广播节目所占用的频带相对较窄，调频天线的频带可以做的较宽。

所以当一个电台需要播出几套调频节目时、往往通过一个多工器，用一副天线完成多套节目的发射、这也是人们常说的一塔多频、或双频供塔。

在实现一塔多频的基础上应当对该天馈线系统的带宽及功率容量提出相应的要求。

 二、常用的几种调频天线

       调频广播电台可以根据自己的的节目套数带宽、发射机的功率、天线极化方式、塔高及其结构尺寸等条件、以及覆盖范围的要求、选用不同形式的发射天线。

目前对小功率的调频台电气性能比较好的、比较常用的天线有以下几种。

1蝙蝠翼天线

       蝙蝠翼天线无论在调频台还是TV台都普遍采用这种发射天线、其外形及馈电方式如图1--1所示。

它是一种水平极化天线，频带较宽，87---108MHZ风荷载较小、结构比较简单。

它每一层都有4个振子翼相互垂直的安装在桅杆的四周形成两对正交的对称振子。

       因此在水平面内它基本上是作无方向性辐射。

由于铁塔的桅杆直径不大（一般在0.1--0.2λ）,所以该天线的水平面方向图的圆度相当好（约1-2dB）为获得垂直面内较强的方向性、往往系采用多层的蝙蝠翼天线。

其层数根据增益需要及桅杆的机械强度等因素确定。

中小功率调频台一般用2--4层、多层蝙蝠翼天线的相对增益可按下式计算：

（式2）

式中：

N-层数：

d-层间距离（与波长入同单位一般取0.9-1.0入）

      蝙蝠翼振子的馈电方式有几种图1—1-b示是其中的一种、每个振子翼都以一根特性阻杭为75Ω的分支电缆馈电、分支电缆的芯线通过一片T型的跳接铜片与振子翼的中心馈电点相接连、电缆馈电头的外导体接于桅杆之上。

所有的分支电缆的另一端接功率分配器（变阻器），的输出端口，最后与主馈线相连。

同一层的4个振子翼的馈电功率（电流幅值）、是相等的、但相邻的振子翼的馈电流有90度的相位差（即采用90度旋转相位差馈电）、这是靠所用的4根分支电缆长度不同（彼此相差λ／4）来实现的。

采用这种馈电方式的好处、主要是使得同一层分支电缆并联处的阻抗匹配得到改善、这是蝙蝠翼天线频带较宽的原因之一。

这种天线的优点虽然很多但由于它必须安装在大型桅杆之上，也就是说安装在铁塔的顶部，若该铁塔还要安装分米波电视CCTV—UHF天线UHF--TV天线安装在它的上面或下边都会给两副天线的安装和维护造成相当大的困难。

尤其是在要求两副天线的增益（层数）比较多、功率比较大的情况下一般把调频天线改为其它形式、如双偶极子天线。

2双偶板极天线

      如图2-1所示双偶极板天线由平行的相距入／2的两对半波偶极子及反射扳组成。

半波偶极子的材料为铝合金或不透钢管。

中间有聚四氟乙稀绝缘，并带有玻璃钢保护盖。

反射扳由镀锌钢管或不透钢管焊接而成，以减少天线的风荷。

由于振子后面的反射扳的作用、双偶极扳天线是一种有较强方向性的天线、其方向图如图2-2示。

其半场强角宽度均为90度左右，因而可通过四面组合安装在铁塔的四个则面，采用偏置及90度相差馈电的方式，获得较好的水平面无方向性的方向图（圆度∠3dB），阻抗匹配方面也得到很好的改善。

当然也很容易通过不同面数的组合在不同方向安装不同数量的双偶极子扳天线单元、得到各种需要的水平面方向图。

同时双偶极扳天线视其安装方式可作为水平极化天线或者作为垂直极化天线使用。

这就是这种天线得以普遍采用的，尤其在大中型TV和FΜ塔上多被采用的原因。

调频偶极扳天线单元的主要参数

1、工作频带——87-108MHZ

2、极   化——水平或垂直

3、输入阳杭——50

4、驻波比——≤1.15（在整个频带）

5、增益：

7.5dB

6、输入接头：

L27  L36 LF45（7/8ELA）

7、功率容量：

≤2.5KW

3单偶极子天线  

    单偶极子天线是一种简易的垂直极化天线。

可以用在整个调频广播的频段、如图3—1所示，一个天线含有一对半振子及其馈电系统（带平衡转换器）均用铝合金管做成。

通常是在垂直方向、（振子轴线方向）方置2个或4个这样的单偶极子，加上它们的支撑物（钢管）构成一副调频天线。

它辐射的是垂直极化波。

由于可通过安装多层天线单元，（层距一般为0、7--0、8λ）、从而在垂直面内获得较强的方向性，因而天线可以有相当的增益：

在水平面内侧基本是作无方向性的辐射。

但是因受其支持物钢管和铁塔的本身的影响其水平面方向图不可能是理想的圆。

单偶极子天线的输入阻抗50Ω，也是采用50Ω的分支电缆及相应的功分器给各个天线单元馈电。

单个天线单元的驻波比≤1，25（整个调频段）、不如调频双偶极扳天线好、但因其价格较低_、容易安装、通常用在一些节目套数少、小功率的调频台、单偶极子天线在出厂之前、可根据用户的具体工作频率将其驻波比调的更好一些（如达到SWT≤1、15）。

因此此类天线的实际使用效果是不错的。

 三、功率分配器

      功率分配器（简称公分器）的作用是将输入功率按一定比例（通常是相等地）分配到它的各个输出支路端口、同时在输入及所有输出端口都与所接馈线的特性阻抗保持极好的阻抗匹配。

功分器由一组同轴的阻抗变换线及其相应的输入、输出接口（接头）组成。

这是因为功分器的输入一般为50Ω、而输出端并联后的阻抗因端口的数量及所接分支电缆的特性阻抗不同而不同、因此在输入、输出端口之间必定要有阻抗变换。

所以有人将它叫变阻器。

图示4—1所示

4-1

图就是一个4路功分器（有4路分支输出）,也称为50Ω/4：

50Ω变阻器（简称4：

1变阻器）常用的还有2路功分器、6路功分器和8路公分器。

功分器中的阻抗变换线一般都是多节（2—4节）的λ/4、阻抗变换线。

其节数（总长度）是按输入、输出阻抗变换比及对工作带宽、驻波比的要求而选定的。

当阻抗变换比一定时、变换线的节数越多、其功分器的频带越宽、驻波比的指标越好、当然这个功分器也就越长、越贵。

变换线中每节馈线的特性阻抗可按二项式分布阻抗变换电路或者按切比雪夫阻抗变换电路的公式进行计算。

然后再按同轴线性阻抗公式；

  Zo=60lnd/d

以及它所传输的功率的大小，计算出各节变换线的内导体的外径（d）、和外导体的内径（D）的数值。

用户选用功分器时，除应关注其功率容量，最大驻波比及工作频带等指标外还是注意功分器的输入，输出端口（接头）的规格。

现在的产品大多数采用国际标准，根据功率等级的不同，分别有N型，（式3）                                   、ELA都是法兰型接头（N型除外）。

而我国的标准中，除与之对应的IF系列接头外，还有L系列接头（如L16、L27、L36、L52等）都是螺纹型接头。

一般而言，法兰机构的接头气秘性要好一些。

必须注意，工程中使用的功分器的接头规格要和所有链接的电缆头规格一致，不要出现链接上的麻烦。

功分器在出厂前都用精密的阻抗测试仪器（如HP8752网络分析仪）进行仔细的调试，其驻波比（输出端口均接标准电阻负载时）一般都在1.05以下，内外导体之间的绝缘电阻500MΩ 以上。

用这样的功率分分配器才能保证整副调频天线的总体指标。

此外还要求功分器气密性很好.

四、主馈线

      调频天线的主馈线现在都采用低损耗的、低驻波比的聚乙烯螺旋绝缘皱纹铜管射频电缆（国产SDY系列）恃性阻抗为50欧。

常用的型号有（如SDY—50-37—3、SDY—50—80—3等）。

选用什么型号的电缆作为馈线主要考虑以下几点：

      1、电缆在调频频段的功率容量要大于调频发射机功率（或多工器输出的总工率）还要留相当的余量。

因为电缆产品的标称功率是在境温度为40度时的值，当馈线的工作环境温度超过40度时，功率容量下降如在50度时将下降18％左右。

      2、要满足部颁标准-----GY/T5051—94"电视和调频广播发射天线系统技术指标对主馈线总损耗的要求、<2.5db因为电缆直经越小单位长度的损耗就越大、如果发射天线距机房较远、主馈较长、则可能选用容量功率直径大一些的电缆。

这样一次性投资可能大些但可以减少长期的功率损耗。

      3、部标准还要求主馈线在调频频段内的驻波比（电缆终端接50Ω标阻时）小于1.08。

      4、要求主馈电缆的绝缘电阻大于500MΩ 在一些环境较潮湿的电台（尤其功率较大者）、为了工作稳定往往还要给主馈线电缆充以干燥空气或氮气（30kPA的气压）因此要求电缆及其接头的气密要好、接电缆头时、要十分小心的采取密封措施。

此外处理好主馈电缆的防雷接地、至少在天线及机房两端分别将电缆头的外导体用宽铜带很好的与地线连接。

在多雷地区最好在主馈电缆进人室内之前将外导体的护套剥开，用铜皮与地连接好一次。

五，调频天线的维护与管理

    调频天线的维护与管理、调频天线大多数都固定在铁塔上、特别是近几年来调频广播的快速发展、由一前的发射功率几十瓦到目前1千瓦3千瓦，有些地区达到10千瓦.调频广播己成为目前广播覆盖的主要手段。

功率的增加天馈线的高度也在增加，维护管理己成为安全广播的主要内容，调频天线架设在几十米甚至几百米的高空，高空风大机械震动不止，金属构件容易疲劳受损。

此外冬冷夏热温差较大、湿度大、有的地方还有酸雨。

因此天线上的绝缘材料老化的快、金属材料锈蚀的快、而安装天线的地方在高空，技术人员不能经常的去巡护，天线出现毛病不易被发现。

因此除在天线的选择上选择优良的产品，另一方面要加强天馈线的维护管理。

天线电气方面的维护项目和要求，目前参照部颁的、电视调频广播发射天线馈线系统技术指标（Gy/t5051—94）及电视调频广发射天线系统技术指标测量方法（Gy/t5052—94）进行。

具体的做法是：

时常监视机房端主馈线的驻波比、（发射机面扳上反射波电压指示、）的变化。

如果发生变化应尽快查找原因、直至指标恢复正常。

为了找出发生问题主要的方法是：

采用分段测量驻波比的方法、一般先在主馈电缆的终端接上50Ω标准电阻，在其输入端测驻波比、来判断是否主馈电缆的问题。

如果不是、问题可能出在天线上面了、此时可以进一步在天线上分段测量、判断是哪根分支电缆的问题，或着是那个天线单元的问题、根据自己的仪器条件、这项测量可以在塔上进行、也可以在塔下进行。

根据经验毛寎多自出在雨、雪天之后天馈线分支接头，功分器受潮进水、使绝缘电阻下降甚至形成短路。

经过分段测量绝缘的办法可以找到故障点、然后把它打开进行用热风吹干，进行重新密封、这样驻波比技术指标马上恢复。

再一方面经常定期测量馈线的绝缘电阻（≥100ΜΩ） 查看外导体的接地；查看各接头是否紧固、有没馈线过热现象；电缆充气的保持电缆内的气压,定期检查塔上天线部件的紧固情况有无松动、锈蚀、绝缘材料老化