高緯度中波發射臺饋線調整節點的判斷方法

聞明華

（作者單位：國家廣播電視總局953臺）

1 中波饋線簡介

中波饋線是用于傳導、傳輸高頻電能的設備，連接在發射機和天線之間。一般對中波饋線的要求是饋線兩端阻抗要匹配，功率損耗小，效率高，還得有足夠的功率容量和耐壓。中波饋線一般由內層和外層兩層導線組成，形成兩個同心的籠形。外層導線是接地的，起到屏蔽作用，以減少沿內層導線傳輸的高頻能量以輻射形式外泄。內層導線是饋電的，和外層導線間有絕緣子分開。中波發射機所用饋線分為6線式、18線式和36線式，而大功率中波發射機一般使用36線式。36線中波饋線由中心饋線芯和外部地線組成。饋線芯由12根直徑為6 mm的銅包鋼導線組成一個圓柱狀，一般直徑為360 mm，地線由24根直徑為4 mm的銅包鋼導線組成一個圓柱狀，一般直徑為1 000 mm。36線中波饋線的特性阻抗為75 Ω。

2 高緯度中波饋線冬夏季的狀態變化

如圖1所示，中波饋線的外環和內環都由銅包鋼材質的導線構成，外環24根，內環12根。這些導線長度幾百米到上千米不等，作為中波發射機和天線的連接部分分布在室外，受到溫度影響較大。冬季，在高緯度地區，溫度為-30 ℃左右，饋線冷縮，長度變短；夏季，溫度為30 ℃左右，饋線熱脹，長度變長[1]。這種變化已經達到肉眼明顯可以看到差別。圖2為中波饋線冬季夏季側方示意圖，從側面觀察饋線，可以看出，冬季和夏季，由于熱脹冷縮饋線變化明顯。其中，圖中實線部分為冬季外環和內環饋線實際長度，虛線部分為夏季外環和內環饋線實際長度。冬季和夏季饋線長度變化非常明顯，如果以冬季饋線的正常狀態為標準，夏季饋線明顯變長明顯。在兩個饋線支撐桿之間，外環饋線最大下降距離為D，內環饋線最大下降距離為d，這兩個距離有所不同，因為內環饋線存在一段支撐絕緣子，所以其實際長度比外環饋線短一些，在熱脹時內環饋線增加的長度也更少一些。

圖2 中波饋線冬季夏季側方示意圖

維護人員在饋線的維護中，力求做到將饋線的狀態維護在圖2所示的實線部分所示的狀態。這是一個內環饋線和外環饋線近乎平行的狀態，也是一個理想狀態，實際上很難達到，維護人員在實際維護中只要做到內環饋線和外環饋線接近平行就可以了。

3 饋線阻抗變化的原因

在分析饋線的阻抗變化時，維護人員要把饋線等效為均勻傳輸線模型。均勻傳輸線由均勻介質中平行放置的兩根均勻導體構成，如同軸電纜等。而饋線可以看成多個均勻傳輸線模型的組合。在均勻傳輸線中，電流在導線的電阻中引起電壓降，在傳輸線周圍形成磁場[2]。由于發射機發出的是高頻變化的電流，在饋線周圍形成變化的磁場，變化的磁場沿著饋線形成感應電動勢；而饋線的內環和外環構成的電容會有位移電流流過。

為了分析饋線特性阻抗的變化，可以將饋線看作由無數個小的阻抗單元構成。由于饋線的每個阻抗單元都有電阻、電容、電感和電導，工作人員分析時，可以將饋線看成具有分布參數的傳輸線模型。如圖3所示，中波饋線等效為均勻傳輸線的模型圖。傳輸線的分布參數模型（圖3）表明，傳輸線具有單位長度的分布電阻R’、電感L’、電導G’和電容C’。一般來說，傳輸線的分布參數不僅取決于傳輸線的幾何結構，也取決于介質和組成傳輸線的導體材料的電磁特性。

圖3 中波饋線等效為傳輸線的分布參 數模型

通過計算，可以求出傳輸線的特性阻抗Zc，如公式（1）所示：

公式（1）中所示的饋線特性阻抗，當頻率很高時，中波頻率達到526.5 kHz到1 605.5 kHz時，這時特性阻抗的R’和G’可以忽略不計，只考慮后半部分，特性阻抗方程可以化解為：

上述公式（2）中所示的饋線特性阻抗，經過化簡后，得到饋線特性阻抗的表達式，從公式中可以發現饋線的特性阻抗取決于饋線單位長度的電感量L’和饋線單位長度的電容量C’。

在高緯度的中波臺站，冬季和夏季溫差大，饋線的熱脹冷縮非常明顯，饋線單位長度的電感量L’變化并不大，而隨著外部饋線接近內部饋芯，饋線單位長度的電容量C’變化較大[3]。所以，理論推算：在環境溫度升高時，饋線單位長度的電容量C’變大，特性阻抗變??；在環境溫度降低時，饋線單位長度的電容量C’變小，特性阻抗變大。這個推導和實際測量比較吻合，本文隨后會給出實際的儀器測量值。

4 饋線特性阻抗的實際測量

測量所需要的儀器為DELTA運行阻抗電橋。將發射機輸出到饋線的接頭斷開，將儀器按照圖4右邊的連接方法進行連接，測量網絡輸入端的阻抗。中波饋線的特性阻抗為75 Ω，維護人員利用儀器測量的數值如表1所示（表中j表示復數的虛部）：

表1 饋線阻抗實際測量值

圖4 天饋線阻抗的測量示意圖

具體測量方法：將DELTA運行阻抗電橋按照圖5連接好，將圖5下方的OIB-3電橋的輸出端（OUT端）接測量阻抗專用夾線，夾線一端接內環饋線，一端接外環饋線。調整5圖上方的RG-4B型接收機/發生器，將頻率設置為發射機工作頻率，最后點擊軟鍵盤上的GO鍵，將載波信號送入饋線系統；調整上方的RG-4B型接收機/發生器的射頻增益（RF GAIN），使右面METER儀表表頭指針指向刻度中間位置；調整下方的OIB-3電橋上的電感/電容開關、R（電阻）和X（電抗）調節旋鈕，直到上方的RG-4B型接收機/發生器右面METER儀表表頭指針到達最小位置后又返回為止；再調整R和X調節旋鈕，進行細調后，找到指針的最小位置，讀出此時的電抗值，就是饋線系統和天線的實際阻抗值。

圖5 DELTA運行阻抗電橋連接方法

利用OIB-3阻抗電橋測量阻抗優點明顯，OIB-3型阻抗電橋與傳統設計的電橋是不一樣的，因為這種電橋可處理相當高的功率電平，并且引入的介入效應最小。首先，這種型號的電橋可以直接測量運行阻抗。OIB-3型阻抗電橋可以直接插入電路里，在一定的額定功率（5 kW以下）測量負載的運行阻抗。傳統設計的電橋通常不能處理很大的功率，其只測量負載的冷阻抗。維護人員根據這些測量值來調節匹配電路時會發現所加入的功率并不能獲得最滿意的匹配[4]。其次，引入的外部干擾最小。為了對饋線和天線的各種元件的運行阻抗進行測量，如果把普通的電橋接入天線電路內，電橋本身存在的一些阻抗元件，會對天饋線的各種參數產生介入干擾，影響各個輻射器之內的電流的幅度與相位的關系，因此無法獲得對被測元件的正常耦合阻抗。而OIB-3型運行阻抗電橋可以直接插入各種元件的電路，各種傳輸線或各種匹配網絡中，且能夠確定整個系統的運行阻抗值。再次，OIB-3阻抗電橋的抗干擾性強，它可使用大功率的信號發生器與電橋一起測量天線的阻抗，并且對鄰近工作的天線及來自頻率相接近的強信號的干擾都可以降到最低。

5 確定調整中波饋線松緊的時間節點的方法

從表1饋線阻抗實際測量值可以看出，饋線阻抗會隨著溫度變化而變化，特別是其虛部，變化范圍在6～12 Ω，其中74.6+j12（1月測量值）是在-30 ℃左右測量的數值；75.5+j6（7月測量值）是在30 ℃左右測量的數值。從測量數值可以看出天饋線的特性阻抗實部變化不大，只有0.9 Ω，而虛部變化達到6 Ω。而在4月和10月，由于溫度條件基本一樣，測量數值一個為75.0+j8（4月測量數值），一個為74.8+j10（10月測量數值），變化并不大。這樣維護人員每年定期測量天饋線的特性阻抗，就可以確定調整饋線松緊度的時間節點為每年的4月下旬和10月下旬，具體時間要根據測量數據確定。

6 影響中波饋線特性阻抗的因素和維護要點

內線撐環的作用是將饋線盡量固定為圓形，這樣的話高頻電流有趨膚效應，會在內饋線的表面進行流動，最大限度利用饋線的導電能力和容量。

6.1 溫度因素

隨著溫度的變化，饋線會熱脹冷縮。當天氣變熱，饋線出現熱脹的時候，要調緊饋線調線叉，使得饋線的垂度不至于過大，以免造成饋線變形，參數改變；當天氣變冷，饋線出現冷縮的時候，通過調整饋線調線叉，確保饋線不會拉力過大，損壞棒形絕緣子或者是別的附屬支撐物[5]。隨著溫度的改變，饋線會出現熱脹冷縮現象，調節調線叉，可以調節饋線的松緊。壓線鉤也要隨著溫度的變化進行調整，其作用是饋線在單根饋線桿上通過時，在確保饋線有活動余地的同時給饋線提供一個支撐物，這樣饋線就不至于在冷縮的過程中將自己拉斷。

6.2 鐵塔垂直度

中波天線鐵塔的垂直度不但會影響鐵塔的穩定性，也會直接影響中波饋線的阻抗。鐵塔天線是天饋線的一部分，如果鐵塔垂直度改變，其外部包裹的籠形銅線就會發生變形，影響其阻抗。這樣測量出來的天饋線阻抗就會發生變化。

6.3 雷電因素

天線調配室中一般放置天線調配網絡，天線調配網絡由電感和電容構成，其作用是將發射機發來的高頻能量經過調配網絡傳輸到天線上發射出去。調配網絡中往往還加裝有切換系統、接地鉤等設備。在雷電天氣多發的夏季，天線調配室中的真空電容容易被雷電擊穿，通過肉眼觀察有時候不容易發現，但是通過測量天饋線的阻抗就很容易發現，因為阻抗會發生明顯變化。

6.4 饋線線桿是否受損

饋線線桿起到支撐饋線的作用，其架設時都有嚴格的要求，桿路一般情況應該成一條直線，必須轉彎時，夾角不應小于120°。桿路的終端盒轉角桿及雙門處應該加裝平衡拉線，距頂端1 m處應該加裝蛋形絕緣子，尾部應該加裝花籃螺絲，饋線桿的地基不應該出現塌陷情況。如果饋線桿損壞、饋線桿地基塌陷，通常會引起天饋線阻抗的改變。維護人員通過定期測量數據，并且和以往記錄的數據進行比較，就能發現天饋線是否存在異常情況。

6.5 饋線外環接地情況

饋線外環是接地的，由于饋線桿一般在室外，并且有的饋線桿附近有耕種的土地，其接地線出現斷路的情況時有發生。如果其中有幾條饋線桿接地線出現短路，就會影響到饋線整體阻抗。如果測量的天饋線阻抗偏小，說明外部饋線有接地情況。并且，接地點距離發射機越近，測量的阻抗偏小的情況越明顯。

7 結語

天饋線系統作為廣播發射系統的一部分，其質量的好壞直接影響發射機能否正常工作。本文介紹了高緯度發射臺維護人員通過阻抗測量，并且記錄和對比測量值，從測量值的變化中找出天饋線系統可能存在的隱患的方法。這種方法是天饋線維護人員通過長期的維護和摸索總結的，希望和廣大中波發射機天線維護人員交流。