大功率短波天馈线传输通路阻抗失谐改造与应用

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　　摘 要 大功率同相水平天馈线是短波波段使用最为广泛的一种天线。文章主要介绍了大功率短波同相水平天、馈线系统在国家新闻出版广电总局二〇二四台多年的运行中出现的两起典型故障，并对频繁出现的典型故障进行深入研究及分析，通过分析对天馈线进行了几处改造，改造取得了较好的效果。在改造成功天馈线运行稳定的基础上对两处改造进行了详细分析及总结，对于同类大功率短波同相水平天、馈线维护和改进有着一定借鉴意义。
　　关键词 大功率同相水平天馈线；阻抗失谐；打火故障；跳笼；改造
　　中图分类号 TN934 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）229-0059-02
　　国家新闻出版广电总局二〇二四台于2011年安装4部国产DF500A大功率短波发射机，架设有8副同相水平天线和8副偏转开关，在天馈线测量调试阶段对包括方向图、增益、极化、输入阻抗以及工作频带等天线基本电参数进行测试及调试但经过几年的试运行天馈线频繁出现馈线打火故障，后将出现的馈线打火故障进行记录、分析、分类，通过理论计算及多次实际测试验证确定改造方案。每项针对性的改造都取得了显著效果，也彻底解决了同类型打火故障。
　　1 典型故障一：主馈线跳线打火故障
　　1.1 主馈线跳线打火故障分析
　　二〇二四台A01—A08主馈线设计为双笼形如图1（馈线），特性阻抗约为300Ω，每侧馈笼由12根φ4mm的铜包钢组成，导线间绝缘距离为500mm，馈线通过馈杆悬挂，转角处为双门支撑，通过笼形跳线连接传输功率。跳线由绝缘玻璃纤维绳固定（如图1），玻璃纤维绳与主馈线跳线由铜绑线固定，保障跳线在运行中稳定不变形，以满足施工工艺要求加电不打火，风吹不翻转，跳引线之间及跳引线与馈线杆保持相对稳定状态。
　　馈线加电运行2年期间跳线相对稳定，但2年后频繁出现跳线打火故障，A01—A08主馈线共使用27个跳线共出现18次跳线打火故障。经过分析得知，一是由于馈线加电时温度较高长时间使用，导致玻璃纤维绳加快老化绝缘降低，本体打火故障（如图2）；二是二〇二四台座落在东北极寒地区，夏冬最大温差70余度致使玻璃纤维绳形变较为严重导致跳线间距变化较大使馈线出现阻抗失谐能量堆积出现打火故障。
　　1.2 改造方法及创新点
　　将原有主馈线跳线固定方式改为每侧跳线通过高频绝缘瓷棒支持单独固定。绝缘瓷支撑为3部分，分别是抱箍、绝缘瓷棒、背板。抱箍材料为白钢，绝缘瓷棒为传统高频瓷棒，背板（如图3）使用材料为镀锌厚铝板，背板上有可紧固的瓷棒座。主馈线跳线通过抱箍固定，抱箍套在绝缘瓷棒上并通过顶丝固定，绝缘瓷棒固定在背板瓷棒座上。
　　馈线跳线改造无论是在材料选择还是支撑组件的设计都经过了近百余次的尝试，最终确定方案：
　　1）抱箍可固定不同粗度的馈线跳线；
　　2）背板材料为镀锌铝板即轻薄又耐辐射；
　　3）瓷棒在背板支持座上可调整高度，安装成品（如图3）。
　　由于绝缘瓷支持的三个部分都是可调节的适用于不同馈线跳线便于安装、推广和批量生产。二〇二四台的27组跳线均已通过此改造，改造至今3年来未发生馈线跳线打火故障，彻底解决了原跳线打火故障。此改造中的绝缘支撑组件获得“实用新型国家专利”。
　　2 典型故障二：偏转开关跳笼打火故障
　　2.1 偏转开关跳笼打火故障分析
　　当发射机满功率播出时频繁出现偏转开关内部打火故障，偏转开关与跳线连接处打火，跳线间打火故障。播音频率不同都出现过类似故障所以排除不同频率造成的不确定性打火故障。后经过从发射机窗口、主馈线、切比雪夫变阻器、偏转开关进行分段测试，发现打火偏转开关跳线阻抗均大于原设计150Ω某些频率可高达230Ω，同时此处VSWR驻波比远大于设计要求的上限值1.54。最终确认，偏转开关频繁打火原因是跳笼设计存在一定缺陷，导致偏转开关输入阻抗失谐所致，打火故障（如？图4）。
　　2.2 改造方法及创新点
　　将原设计12芯组成的锥形跳笼改造成24芯组成的筒形跳笼，通过改变跳笼芯数及两跳笼间距保证了偏转开关输入输出阻抗相等。根据计算严格控制两跳笼的直径300mm。将原跳笼间加装绝缘横支持确保跳笼的稳定性。改造原理：原设计偏转开关可以看成一对由12根导线做成的圆柱形笼子，双笼形馈线可以等效成理想的二线式馈线，其平均等效直径也可看成理想的单根导线直径。所有双笼形馈线的特性阻抗可按下式进行计算：
　　其中：c z为双笼形馈线的特性阻抗；ρ为两笼形馈线中心点直接的距离；αd称为笼形馈线的平均等效直径；n是组成笼形馈线的细导线根数；D为笼形馈线的平均等效直径；d为细导线直径。根据已知技术数据及多次的实际现场制作测量，验证当偏转开关笼形馈线的细导线数为n=24时，两跳笼间中心距离ρ较大约为450mm较容易达到安装工艺要求以及相对稳定。根据原理公式1及公式2测算出笼形馈线的平均等效直径为300mm。改造后的跳笼（如图5）。
　　3 结论
　　由于天馈线问题的复杂性，在设计、安装甚至求解过程中，会遇到很多难以解决的问题，尽管现在已采用先进的计算机技术，使某些精确计算已取得了一定成果，但還未达到能够解决一起天馈线问题的程度。由于在设计、求解天馈线问题的过程中，都作了不同程度的近似，这样问题的理论分析与实际结果之间不可避免地会存在一定差异，所以对天馈线投运前的调试和测试必不可少，运行中针对性的创新和改造更是安全运行的重要环节。二零二四台的“馈线跳线绝缘竖支撑改造”和“偏转开关跳笼改造”，两项改造无论是材料选择还是结构组成都经过了大量计算和多次尝试，最终确定改造方案，彻底解决了原本出现率最高的两个？故障。
　　参考文献
　　[1]左智成，李兴华.电波与天线[M].合肥：合肥工业大学出版社，2006（8）：166-167.
　　[2]万学哲，短波同相水平天线偏向开关入口跳笼改进[C].2014年学术年会暨第七届《王选新闻科学技术奖》和优秀论文奖颁奖大会论文集.
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