我國電視發(fā)射天線系統(tǒng)

1、當前我國電視發(fā)射天線系統(tǒng)存在的一些問題及解決方法呂傳和近十幾年來，由于四級辦廣播， 我國的廣播電視事業(yè)得到了飛速的發(fā)展， 各 省市都有電視臺。 各縣市都有轉(zhuǎn)播臺， 甚至不少鄉(xiāng)鎮(zhèn)都建有差轉(zhuǎn)臺。 就是這些發(fā) 射臺轉(zhuǎn)播臺在全國擔負著86 2%的無線覆蓋率任務。但我們廣電系統(tǒng)長期以來 重宣傳、輕技術、技術行業(yè)中重播控、輕發(fā)射，發(fā)射行業(yè)中重發(fā)射機、輕發(fā)射天 線。發(fā)射天線成為整個廣播電視系統(tǒng)工程中的輕中之輕。 在廣播電視系統(tǒng)中， 除 了專業(yè)部門外很少有人重視、 了解研究發(fā)射天線， 因而天線系統(tǒng)中較普遍地存在 著一些問題，從而造成了場型覆蓋不好，發(fā)射效率變低、資源能源浪費嚴重。為 此對當前國內(nèi)廣播電視系統(tǒng)天

2、饋線系統(tǒng)中較普遍存在的一些主要問題進行討論 如下：一、片面追求天線層數(shù)而導致了垂直場型的變壞我們不少電視臺， 特別是部 分縣市級臺， 為了盡量擴大本臺的覆蓋范圍， 在發(fā)射機功率限于規(guī)劃而被限定的 情況下，片面的追求天線的層數(shù)， 以增加天線增益而擴大本臺的覆蓋， 有的臺采 用8層或8層以上偶極子天線，或8層蝙蝠翼天線，結果覆蓋并不理想， 造成近 區(qū)收看不好，遠區(qū)有時也收不好，在高山上，甚至在飛機上才能看好。有的在城 區(qū)收看不好，而在縣外 （非覆蓋區(qū) ）反而能收看好。其主要原因是天線增益太高， 造成垂直方向圖主瓣過窄， 零點太多， 而沒有采取波瓣下傾和和零點填充措施而 致，如圖 1 所示。因此欲用

3、多層增益天線，必須注意以下幾個問題：I天線系統(tǒng)的垂直面方向圖1、適當選擇天線層數(shù)天線層數(shù)（增益）并不是越多越好，我們必須根據(jù)實際覆蓋要求，對天線層數(shù) 進行合理的選擇，圖2示出了 6層翼型天線和12層翼天線的垂直方向性圖。從圖2中可以看到，在發(fā)射機輸出功率相同的情況下，在低于水平面002. 5。（即肋=0 2. 5 ）時，12層天線對應的服務場強要強。而在 2. 5。 7。之內(nèi)的6層天線對應的服務場要強。即在近區(qū)內(nèi)場強要強。這是因為當天線 層數(shù)越多時，其垂直面的方向性越尖銳，因而遠區(qū)場強增加，而近區(qū)場強減弱。多層蝙蝠翼天線在等功率同相饋電（指層與層之間）的情況下，其垂直方向 性函數(shù)為：式中：Fo

4、（9）是單一層翼型天線垂直方向性函數(shù)。 H為層與層之間的 距離。N為天線層數(shù)。F（0） *一 （ 1 -從式(I 1)可以看出，其垂直方向性與天線層數(shù)N密切相關。圖3示出了 當h： k。、同相位、等功率饋電時多層翼型天線的垂直方向性圖。圖 3中，曲 線1、2、3分別為三層、四層、六層翼型天線的垂直方向性。si 郴垃.從圖3可見，三層天線第一個零點出現(xiàn)在19029左右，半功率點(0.707max) 對應的9角為10左右。即共波瓣寬度鞏。二gy左右。而6層天線第一個零 點出現(xiàn)在9036 左右，其半功率點(0 7叮ngx)對應的6角為30左右，即其瓣 寬度約60左右?？梢?層天線比3層天線主波瓣尖銳

5、的多。因而遠區(qū)場強增加， 近區(qū)場強減弱。故大功率電視臺的天線層數(shù)一般不宜超過68層，小功串電視臺一般不宜超過4 6層。從式(1 1)中還可見：這就是多層天線的零點，在此 區(qū)域內(nèi)嚴重影響接收，零點角 9N= arcsin(N /Nh)。可見零點與天線層數(shù) N與 層距h有關。由圖3還可見，層數(shù)越多，不僅主波瓣越尖銳，而且零點區(qū)也越多， 使近區(qū)場強變?nèi)?。uad mt 時 ” m1 1).從他續(xù) = 0.2、做好波束下傾及零點填充當天線層數(shù)(特別是多層)選定后，必須進行波束下傾和零點填充，如不進行 波束下傾，如前所述，高增益天線主波瓣太窄且最大輻射方向沿水平方向，則最大輻射方向和電波落不了地。造成能量

6、的浪費。如不進行零點填充，近區(qū)的零點 區(qū)場強太弱，出現(xiàn)“燈下黑”現(xiàn)象。此兩項要求一般都由生產(chǎn)廠家，在天線設計 生產(chǎn)中都已考慮到。用戶在工地按廠家要求進行安裝。波束下傾及零點填充一般有兩種方法。(一)機械方法機械方法進行波束下傾及零點填充就是選擇一層或幾層反射板，使其沿水乎方向下傾一定角度g4,因此此種方法較適合于超增益天線v反射板狀天線二如 偶極子天線、雙環(huán)天線等等。多層天線出現(xiàn)零點的原因是上下層天線等功率同相位饋電，在此條件下，多層天線垂直方向性函數(shù)可用下式表達。(1-2)式中A5i)/山緇血(Wk* Z)葺中用豊天建穆數(shù)SftftlRlS9MMS變址甫當F(9)二0時，可求出不同天線層數(shù)的

7、零點。求出零點后，當天線上、下等 層功率同相位激勵時，可使上層天線向下傾斜一個角度：肋=(9d+9d)/2 (1 3)式中：9d是第一個零點9d是第二個零點如果N層天線，波束下傾的角度應為：9 ，= 9/ N (1 4)對于高山臺，為了達到較好的覆蓋效果，可使多層天線同時下傾角度勛，則主波束下傾角為：A 9 N/ N (1 5)A為傾斜板數(shù)二，電氣方法電氣方法進行波束下傾及零點填充較適用于中大功率電視臺。天線系統(tǒng)產(chǎn)生零點的條件是各天線單元在某一點產(chǎn)生的合成場強大小相等、方向相反。當上、 下層天線之間的饋電相位改變時，使合成場為零處不再為零，從而達到零點填充 的目的。如果我們把多層天線上、下層分

8、為兩組饋電，上層天線饋電電流為 I。，下 層天線饋電的電流相位為I。少上下層天線層間距為S,則波束下傾角度6與饋 電相位的關系如下：& 2 詁心成 0 (1-6)由下傾角9可求出下層天線的饋電相位 8,根據(jù)&可確定各層各振于分 饋電纜的電氣長度。當然此項工作最好借助于計算機來完成， 使其既能滿足零點 填充又能滿足束下傾的要求。一般要求，第一個零點填充 15%，第二個零點填 充7%。一般大功率電視臺的波束下傾控制在 30以內(nèi)。當N層天線分為兩等分，采用電氣方法波束下傾及零填充后， 上、下層采用 等功率，不同相激勵，其垂直方向性函數(shù)可用下表示：JW - (I + 片】常X 109 盤)H * Ad

9、An - iin( NnS/1 ( Fg(j-7)式中：Kp= 11 /12 ,11 ,12分別是上、下部振子群的激勵電流，8是11 相對于I2的相位差。N是振于層數(shù)。S是振子層間距。9為垂直面的變化角度。 F(QD)是單元振子的垂直方向性函數(shù)。此外還可以采用改變上、下兩部分振子功率比的辦法來進行零點補償。 通常 功率比為7: 3。但此時天線的增益要下降4 %左右，且還要增加專門的功率分 配器，這就增加了天線的造價與成本，故此法較少采用。二、由天線雙工器而引起的場型及駐波比變壞目前在分米波電視頻段，有不少電視臺為了節(jié)省天線采用多部發(fā)射機共用一套天饋線系統(tǒng)，但沒有注意到會產(chǎn)生兩個問題，一是水平方

10、向性不好，二是駐波比不好。這主要是天饋系統(tǒng)設計不 合理造成的。天線系統(tǒng)有兩種饋電方式，一種是等幅同相饋電，即一層天線四個 方向的振于饋電相位機同，另一種是 90相位差饋電，即一層天線四個面振子 的饋電相位差分別是90 一般等幅同相位饋電由于反射波的相位相同互相疊 加，使駐波比變壞，即使加上其它的補償手段，匹配帶寬也不易展寬。而90相位差饋電，使系統(tǒng)的反射波相位相反，互相抵消，因而其駐波比匹配帶寬是比 較寬的，在UIP可達xDMHz但其方向性圖帶寬即是很窄的，只能用一單頻道， 有些用戶并沒有注意到這一點，盲目使用天線多工器，致使服務區(qū)水平方向性圖 變壞，為什么其水平方向性固會變成窄帶呢 ？因為9

11、0相位差僅對單頻而言的， 當頻率左右變化時，四個方向的相位不再是 90相位差關系，積累到第三個方 向，相位差得更多，同時安裝偏置尺寸，也是對于某一單頻的，隨著頻率的變化， 偏置尺寸相對也變，因此水平方向性圖變壞。如果在實用中取兩頻道的中間頻率 制造分饋電纜來產(chǎn)生相位差及安裝天線的偏置尺寸，則兩頻道的方向圖都不好， 如果取單一頻道來制造分饋電纜及安裝偏置尺寸，則一個頻道方向性圖好，另一個頻道則不好，如果三個頻道三工，問題會更大。在實用中如何來解決這一問題 呢？既能照顧到系統(tǒng)的水平方向性又能展寬系統(tǒng)的駐比帶寬。我們做如下討論：如果我們把N層天線分成上、下兩部分，如圖四所示:J? 4 5itf極黃規(guī)

12、的一沖玉険方味圖4反射板天線系統(tǒng)的一種安裝方法.下層天線的支架比上層天線支架長 V4,而上層天線分饋電纜比下層短 V4o而功分器輸出口各分饋電纜上的相位相同， 因而對遠區(qū)某一點P的合成場相位是相同的。對于天線系統(tǒng)來說，由于電纜的 V4波程差造成了反射波k/2的相位差，使反射波相互抵消。從而達到了展寬駐 波比帶寬的目的。當工作頻率左右移動時，電纜中的V4和支架中的V4同時變化， 使P點合成場相位始終是同相的。因此這種安裝方法具有較寬的方向性圖帶寬和 駐波比帶寬。是多部發(fā)射機共用一套天線較理想的一種安裝方法。三、忽略了系統(tǒng)匹配而導致了系統(tǒng)效率與增益下降眾所周知天線增益系數(shù)：G=qAD qA是天線的

13、效率D是方向性系數(shù)D與天線的型式、工作波長、層數(shù)、層間距等因素有關。9A與系統(tǒng)損耗，特別是整個系統(tǒng)的阻抗匹配有很大關系。理想情況下1A= 1, G= D,即天線的方向性系數(shù)等于增益系數(shù)，但實際情況1k工61，W D,使天線增益下降。在實際工 作中有一些廠家調(diào)試人員及用戶并沒有注意系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)的阻抗匹配。在調(diào)試天線時只關心系統(tǒng)總駐波比，沒有充分注意到從主饋線、功分器、分饋線、振子之 間的阻抗匹配，特別不注意分饋線與單元扳子之間的阻抗匹配， 只憑理論設計的 饋電銅皮及槽寬，不加任何調(diào)整，系統(tǒng)聯(lián)接好后稍微調(diào)一下功分器電容盤即交工 完事。表面上系統(tǒng)駐波比可能達到要求，但各分饋電纜并沒有與振子達到真正的

14、 阻抗匹配。從功分器輸出的功率有相當大一部分白白浪費。 另外有些廠家對分饋 電纜也沒有給予足夠的重視，分饋線在整個天線系統(tǒng)中起到很重要的能量傳輸作 用，從功分器輸出的功率靠分饋電纜傳遞給各振于。如分饋電纜本身質(zhì)量不佳， 也會造成天線效率降低。另外有的廠家測量分饋線長度是取機械長度，用米尺量， 而不是電長度。分饋線電線的電長度不精確這就很難保證各振子之間的準確的相 位差，特別是UID頻段。因而影響天線的方向性及場型。 所以為提高天線系統(tǒng)的 增益及效率，應注意以下幾個問題：1、首先精選分饋電纜及其電長度對分饋電纜要求要損耗小，駐波小，條件允許的話盡量選直徑大一點的電纜做分 饋線，以盡量減小損耗，如

15、一波段四層翼型天線，每根分饋線約10M 16根分饋線共計160M，如分饋線質(zhì)量不好或直徑太小將有很大一部分功率白白消耗在160M的電纜上。最好每根分饋線逐個測量，要求駐波比S名1.1。為保證分饋線的電長度，基準起始分饋電纜要盡量取其半波長的整數(shù)倍 (介質(zhì)波長)，因為半 波長阻抗的重復性，可避免了由于分饋線本身的駐波比對整個系統(tǒng)的不良影響。 取分饋線的電長度可用掃描儀測量(有條件的話最好用網(wǎng)絡分析儀)。測量方法如 圖5所示掃描儀掃頻輸出接檢波三通后接被測電纜。要求被測電纜終端開路。在掃描 儀顯示屏上則顯示出多個連續(xù)反射波，1，2，3，n= 10,即從零頻開始讀 到第10個波節(jié)點即取f010 f0

16、10與電長度I有如下關系：式中：3光速，f為掃頻儀第10個波節(jié)點對應的頻率值，單位MHz I為m 6v為波速系數(shù)。由掃頻儀上第10個波節(jié)點讀出對應的f值代人(3 1)式即可求 得電長度2(m)。2、仔細調(diào)整系統(tǒng)匹配當天線系統(tǒng)運到用戶工地后，調(diào)試人員當認真地按步驟開展系統(tǒng)調(diào)試工作。 天線安裝好后。特別是蝙蝠翼天線，首先應對每對振子進行匹配調(diào)試，使每對振 子達到最佳匹配，有的廠家要求分饋系統(tǒng)駐波比SW 1. 2,筆者認為要求太低，根據(jù)筆者的實際調(diào)試經(jīng)驗，翼型天線分饋系統(tǒng)駐波比完全可達到S 1. 1，偶極子天線更不成問題，只要分饋系統(tǒng)駐波比達到 S= 1. 1，變阻器以上的系統(tǒng)指標 肯定大大小于1.

17、 1，所以分饋系統(tǒng)的調(diào)試非常關鍵。對于偶極子天線出廠前已 調(diào)好，但經(jīng)過運輸，最好上塔前進行一次檢驗測試，使分饋系統(tǒng)駐波比都保證在 S 1 . 1。變阻器與主饋線之間的阻抗匹配也應給予足夠的重視，因為國產(chǎn)電纜指標相對較差，使變阻器與主饋電纜線之間需匹配器，或者精確選擇主饋線的電長度， 也可以解決，即主饋線的電長度也選擇在介質(zhì)工作波的半波長的整數(shù)倍，以避免主饋線的駐波影響系統(tǒng)駐波比。經(jīng)這樣調(diào)試，系統(tǒng)指標很容易達到甲級指標。四、由施工質(zhì)量差造成的天饋系統(tǒng)指標下降天饋線即使在廠里設計、加工中保證了質(zhì)量，到用戶工地實地安裝調(diào)試中沒有很好的安裝調(diào)試服務，也會使前期 的一切努力化為泡影。在國內(nèi)個別生產(chǎn)廠中，

18、施工隊伍的思想素質(zhì)和業(yè)務質(zhì)還有 待于提高。因天線工程高空作業(yè)，用戶很少派人上塔進行工程監(jiān)督， 個別施工人 員責任心不強，在施工中粗心馬虎，給用戶留下許多以后很難解決的遺留問題， 根據(jù)筆者多年來的經(jīng)驗，可總結為以下方面的問題。1、密封不嚴，造成漏水停播天饋線漏水是經(jīng)常遇到也是最普遍的問題。大多數(shù)是分饋線電纜頭沒擰緊， 或是硅膠沒密封好， 造成漏雨。 筆者曾遇到有幾個臺由于分饋線長期漏水， 雨水 沿變阻器下行到主饋線，使發(fā)射機負載短路，造成嚴重后果。2、天線工作一段時間后，指標嚴重下降經(jīng)上塔逐一檢查， 經(jīng)常出現(xiàn)的故障是分饋電纜頭沒做好， 造成電纜外皮接觸 不良，或者是因材料質(zhì)量不好使振于、螺釘、部件生銹造成接觸不良，使指標下 降。3、測試手段落后，測試誤差較大目前因國內(nèi)大部分天線生產(chǎn)廠家， 在工地天線調(diào)試儀器普遍比較落后， 一般采用 BT10型（1255型）或BT 3型掃頻儀。測試方法，一般采用測試電纜法或駐波 比電橋法。 測試電纜法用的大部分測試電纜本身的駐波比就比較大， 配上匹配校 正小盒在V1D頻段還勉強可用，但在Ulp頻段，因視頻率太高，會引入較大的誤 差，只好使用駐波電橋， 但國產(chǎn)駐波電橋及衰減器引入的誤差甚至會更大， 所