短波發(fā)射機天線淺析

毛建飛

摘 要：天線是無線電廣播系統(tǒng)重要的組成部分，文章簡要介紹了短波廣播發(fā)射機天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輻射特性，結(jié)合自身工作實踐，對大功率短波發(fā)射機天饋線系統(tǒng)運行情況及部分故障進行分析總結(jié)，為做好廣播發(fā)射系統(tǒng)維護工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：短波天線；工作原理；輻射；保護；維護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.193

1 引言

短波廣播是一種重要的遠距離廣播方式。傳統(tǒng)的國際廣播大多采用短波廣播的方式實現(xiàn)傳輸覆蓋，天線用來發(fā)射無線電的裝置天線可定義為傳輸線中的導(dǎo)行波與自由空間里傳播的電磁波之間的電磁能轉(zhuǎn)換裝置。天線系統(tǒng)是短波廣播信號實現(xiàn)有效傳播的重要載體，關(guān)系到短波廣播信號傳輸?shù)男屎托Ч?，是安全播出工作的一個重要組成部分。

2 短波發(fā)射機天線的工作原理

天線可定義為傳輸線中的導(dǎo)行波與自由空間里傳播的電磁波之間的電磁能轉(zhuǎn)換裝置。要使波源的能量有效的從輻射體輻射并脫離輻射體本身，就必須設(shè)這個輻射體的結(jié)構(gòu)成為一個帶電的開放系統(tǒng)，也就是說這個輻射體要按照電磁波理論與特性做成耦合性、開放行傳到結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)如圖1：只有高頻電流才能產(chǎn)生高速變化的電場，才能使天線的周圍和空間里形成強大的位移電流。這個位移電流才能使周圍產(chǎn)生出很強的磁場，這個磁場隨時間的變化，又在周圍產(chǎn)生出變化的電場，即位移電流，并且在空間中相互向前推進，從而形成向空間傳播的電磁波，在一定場強下，波源頻率越高，位移電流越強，輻射的能量就越多，而靜態(tài)電場不變化，頻率為零，所以不會產(chǎn)生輻射。

位移電流與傳導(dǎo)電流：1、傳導(dǎo)電流是由電荷的定向運動產(chǎn)生的，位移電流是由電場（或電位移）隨時間變化而產(chǎn)生的。2、傳導(dǎo)電流只存在于導(dǎo)體中，而位移電流可以存在于導(dǎo)體、電介質(zhì)和自由空間里。3、傳導(dǎo)電流會產(chǎn)生熱損耗，位移電流不產(chǎn)生熱損耗。4、在時諧場中，傳導(dǎo)電流密度與位移電流密度存在90?的相位差。

3 短波發(fā)射機天線結(jié)構(gòu)組成

DF100A短波發(fā)射機天線為強定向同相水平天線的國際通行符號是HRm/n/h，H表示天線水平振子；R是帶反射器；m每副天線每層振子數(shù)；n：代表每副天線振子層數(shù)；h：是天線最底一層振子離地面的高度。

圖2為一副DF100A短波發(fā)射機HR4/4/0.5同相水平天線：各路分饋線由平衡雙線構(gòu)成，其中包括分饋線1-2，分饋線2-3，分饋線3-4，分饋線4-5，主饋線5-6。天線單元的水平間距，垂直間距，底層離地高度均為中心波長的d=，天線可以看成是一個4*4的平面天線陣，即縱向、橫向各有4個電對稱振子構(gòu)成，上下層與層之間的而且層與層采用交叉式饋電方式，目的是保證構(gòu)成天線陣的所有振子在同一時刻都能同相位饋電，以便增加天線陣的輻射場強度和改變輻射場的方向性減少天線陣自身的內(nèi)耗。

4 天線輻射場的定向輻射分析

4.1 輻射場的定義

電磁輻射源產(chǎn)生的交變電磁場分為性質(zhì)不同的兩個部分，電場與磁場的相位相差90?，功率流密度實部為零，電磁場能量在輻射源周圍及輻射源之間不斷來回流動，不向外發(fā)射。電磁場的能量完全被束縛在源的周圍，這種電磁場稱之為感應(yīng)場。電場及磁場均與傳播方向垂直，另一部分電磁場能量脫離輻射體，以電磁波形式不斷向外發(fā)射。這部分電磁場稱之為輻射場。一般情況下，以場源為中心，當r<<時為近區(qū)場，也是為感應(yīng)場，當r>>時為遠區(qū)場，也是輻射場。

4.2 輻射原理

實現(xiàn)定向輻射的技術(shù)是在不需要電波方向上，距發(fā)射天線位置上，平行于發(fā)射天線放置一付與發(fā)射機天線結(jié)構(gòu)基本的相同的無源反射幕，對反射幕，上下層振子之間的距離一般應(yīng)設(shè)為（0.035-0.07），考慮到振子之間的分布電容和分布電感，有時需調(diào)換方向進行發(fā)射等因素，所以把反射幕和主發(fā)射天線制作相同形式和尺寸，實現(xiàn)同相水平振子天線陣的單方向性輻射。定向輻射從形式上就是依靠反射幕把電磁波發(fā)射天線發(fā)射天線一方，從本質(zhì)上講，實現(xiàn)定向輻射式依靠電磁波的迭加結(jié)果完成的。當給發(fā)射天線振子通以電流時，主發(fā)射天線必然向空間輻射出電磁波，設(shè)其電磁場為。當輻射場傳到反射器（無源振子）位置后，就在無源振子上產(chǎn)生出感應(yīng)電動勢ε和感應(yīng)電流I。這一感應(yīng)電流因為和輻射場同頻率，它依托反射器各振子也必然向空間產(chǎn)生自己的輻射場。這樣一來，在空間就同時存在主輻射場和反射器各振子產(chǎn)生的輻射場二者的矢量和構(gòu)成空間各點上的總輻射場=+。如果要求總輻射場在主輻射場方向加強，就要求、在圖所標的N方向上表現(xiàn)為同相位關(guān)系，如在發(fā)射器方向上消弱，就要求、在M方向上表現(xiàn)為反相位關(guān)系，保持發(fā)射天線主發(fā)射器與反射器之間的空間距離d=；保持反射器各振子長度比主輻射器各振子長度稍長一點，但必須滿足≤。以保證各振子度工作頻率呈感性。

5 發(fā)射機短波天線保護措施

短波天線應(yīng)用中保護措施主要有兩個器件控制：反射功率表，高速駐波比保護電路，反射功率表是機械保護，動作時間是毫秒級，高速駐波比電路保護動作時間是微秒級。

用功率表示駐波比S為：

而我們允許發(fā)射機的最大駐波比為2：1，S=2，由上式得：

假如入射功率為100KW算的反射功率為11.1KW，所以發(fā)射功率表設(shè)置11KW，因為峰值功率駐波比保護電路設(shè)置15.7KW，實際中駐波比保護電路設(shè)置在21KW。

6 發(fā)射機短波天線常見故障與處理

6.1 天線幕或饋線打火

故障原因：振子或下引線太松；饋電點虛接；綁頭處松散；鐵支撐生銹；行波系數(shù)偏低；金屬構(gòu)件氧化嚴重。

處理方法：調(diào)整天線幕垂度，接好饋電點并焊勞，天線或饋線重新綁扎，更換生銹的鐵支撐，調(diào)整提高系統(tǒng)行波系數(shù)，消除金屬構(gòu)件氧化層，必要時可采取跨接的辦法。

6.2 下引線或反射器調(diào)配線打火

故障原因：因局部高電壓引起，主要是行波不好

處理方法：在打火部位綁一段長2m左右同等直徑的導(dǎo)線，檢查行波系數(shù)，分析高電位原因，重新調(diào)整反射器。

6.3 反射網(wǎng)打火

故障原因：接頭處虛接；頻率不合適。

處理方法：重新緊固接頭或連接好斷線，進行錫焊處理，調(diào)整反射網(wǎng)密度或建議換頻。

6.4 天線幕棒形絕緣子斷裂

故障原因：饋線或天線振子拉力過大；絕緣子不清潔或存在質(zhì)量問題。

處理方法：調(diào)整饋線或振子張力，更換合格的絕緣子，保持清潔。

6.5 饋線桿傾斜

故障原因：桿基下沉；拉繩卡箍移位滑脫；拉繩被外力碰撞受損。

處理方法：扶正桿位、夯實桿基；將卡箍復(fù)位、卡緊，調(diào)緊拉繩；加強巡視、杜絕損傷。

6.6 天線幕支撐調(diào)整困難

故障原因：天線幕與地面連接點未打開，拉繩角度不對。

處理方法：打開所有連接點，去掉重錘，可加臨時曳線輔助調(diào)整。

7 結(jié)論

天線是發(fā)射機系統(tǒng)的負載和輸出端，天線的運行狀況與發(fā)射機的安全運行密切相關(guān)，了解和掌握相關(guān)知識有助于我們分析判斷和及時應(yīng)對因為天線匹配問題形成的故障，減少停播，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的安全播出。

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