广播电视天馈线的原理和维护探究
时间：2022-11-05 20:00:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
■ 山西广播电视无线管理中心1125台：李鹏程
天馈线是连接天线与收、发信机之间的电磁传输线，全国广播电视信号发射台的数量正在逐年增长，随之而来的则是一系列的天馈线运维问题。在专业维护人员有限、地质环境复杂等因素的影响下，信号发射机与天馈线系统的结合难度加大，广播电视发射机的工作效率和质量均受到了影响。因为广播电视台承担着中央、地区广播电视节目信号传输、覆盖的重要责任，所以对广播电视天馈线系统进行维护显得尤为重要，相关技术人员需要根据常见的故障，采取针对性维护措施，进一步提高广播电视信号传输、覆盖的质量。
1.1 基本概念
广播电视天馈线也称之为天线的“馈线”，是连接信号传输天线与收、发信机之间的电磁传输线。常用的广播电视发送系统馈线有大功率螺纹电缆、同轴电缆、架空明线等，均可以满足广播电视节目的信号传输需求。作为微波中继通信不可或缺的一部分，天馈线使传输的电磁波与自由空间传播的电磁波互相转换，为各种信号提供不同的传输通道，在多波道共用的中继通信电路中，天馈线系统性能、质量将对各微波波道的通信质量产生影响。
1.2 系统特性
广播电视天馈线具有方向性、阻抗性、匹配性等特点。方向性是指天馈线系统中的天线辐射电磁波朝着一定方向进行辐射，相关辐射能量在空间内的不同方向规律分布。阻抗性是指天线的辐射阻抗和输入阻抗，能够间接反映出不同信号天线的辐射能力。匹配性是指天馈线系统中的天线负载阻抗与馈线特性阻抗相匹配，一旦出现不匹配的现象，天线负载将难以全面吸收馈线上的高频能量，余下的能量将被反射回去，形成反射波，导致信号传输不稳定。除此之外，天馈线系统的工作频率范围具有固定性，指天线频率范围必须要与所发射电磁波的频率范围相一致，方能将广播电视信号辐射出去，即在中心频率时，天线的信号输送功率最大，偏离中心频率时，输送功率则会降低。
1.3 常用型号
在广播电视行业发展的过程中，以下两种天馈线满足了节目信号传输的需求，能够保障广播电视节目安全播出。
第一种，架空明线与扁平馈线。这种型号的天馈线结构简单，以空气为介质，能够适应大于10米波长的波段，在短于10米波长的波段内，则会产生辐射损失。
第二种，同轴电缆。这种型号的天馈线由四层物料造成，分别是内里电铜线、线外塑胶围拢绝缘体、绝缘体外网状电导体、最外层绝缘物。同轴电缆可以适用于模拟信号和数字信号传输，这便是有线电视系统可以负载几十甚至几百个电视频道的原因。在现如今光纤、地面微波和卫星传输渠道出现后，同轴电缆信号传输方式将面临挑战。
1.4 故障排除
以频率为101.7MHz的10kW调频广播电视发射机为例，该设备即将达到规定使用年限，且长时间处于单机工作状态，天馈线系统元件开始老化，信号传输性能不稳定。
故障现象：天线电压驻波比故障灯常亮，输出网络电压驻波比故障灯常亮。
故障分析：技术人员判断存在故障锁存数据，导致故障灯常亮，在经过“复位”后，发射机显示面板驻波比故障灯仍未熄灭，此时判断天馈线系统大概率出现问题。由于发射机可以正常开启且节目播出正常，可以断定天线公共部分正常，由此缩小排查范围，将发射机倒换至假负载状态，再次“复位”发现驻波比故障灯熄灭，能够证明发射机电路不存在问题。再进一步缩小排查范围，对馈线和调配网络部分进行排查，则发现馈管接头在高温状态下，导致线路底座被烧焦，铜芯柱也被氧化。
故障排除：根据故障点实际情况，更换被氧化的馈管接头和烧坏的线路底座，用镀银铜芯连接，重新开机发现发射机运行和节目播出均正常，故障得以排除。
通过分析以上故障排除实例，可以得知天馈线维护的重要性。因此，在日常的工作中，技术人员需要深入了解天馈线原理以及运维知识，从而保障广播电视节目安全播出，合理延长设备的使用年限。
2.1 天线工作原理
2.1.1 方向性图
天线不仅是广播电视节目信号输入、输出的重要通道，也是天馈线的重要组成部分。广播电视天线常以“H”和“E”面的方向性图来区别天线的方向性，为了了解天线辐射能量分布情况，可以利用辐射场强、功率密度、相位等方向性图来表示能量。“H”面方向性图是垂直于“E”面的图形，根据天线中心与“E”面的垂直关系，确定极化波场强与射线角度，据此分析辐射能量分布。“E”面方向性图则是通过天线中心，平行于极化方向与传播方向的图形，在方向性图上，用“主、旁、后”瓣表示尖锐程度，细致解释了天线方向性图。
2.1.2 增益系数
广播电视天线增益系数是反映天线信号传输效率的重要参数，是从输入功率出发而得的一项系数。天线增益系数可以全面的反映天线性质变化情况，相比方向性系数而言，增益系数不仅考虑了信号辐射场强变化，而且能够清晰反映出天线效率对辐射场强的影响。在测量增益系数的过程中，技术人员可以采取比较法来确定数值，根据广播电视调频天线与半波振子天线的差异性，分析增益系数，从而得出精确系数，为后续的管理和运维提供数据支持。
2.1.3 天线阻抗
天馈线电端输入电压与输入电流的比值，是天线的输入阻抗，将天线视为信号发射机、高频馈线的负载，可以让天线获得最大传输功率，但只有了解输入电阻与阻抗的形状、尺寸、波长、馈电点位、环境因素，才能使天线与馈线进行科学的匹配。在实际的管理和运维中，技术人员多通过实际测量，得到有关天线的阻抗数据。
2.1.4 行波系数
行波系数是驻波比的倒数，能够表示电压（或电流）最大值与最小值之比。行波系数与驻波比系数均能够反映天馈线系统能量传输匹配情况，前者越大，表示能量反射越少，匹配状况越好。而一般的广播电视天线常用驻波比表示，短、中、长波天线则用行波系数表示。
2.2 馈线系统原理
2.2.1 系统结构
馈线系统是馈电设备的总称，其能够将信号发射设备的能量馈送至天线振子，具体指在广播电视信号发射机或双工器到发射天线之间的一部分设备。馈线系统由主馈线、分馈线、阻抗变换器、功分器等设备组成。主馈线是关键的能量载体，可以根据实际情况选取单或双馈线方式馈电电路，满足实际的损耗要求和功率要求，确保输出的信号能量顺利馈送至天线振子上。
2.2.2 实际应用
在广播电视信号发射天线馈电系统中，部分设备是不能直接相连的，比如天线振子阻抗与主馈线、主馈线与分馈线。在实际的系统应用中，相关设备需要通过阻抗变换器相连，使得天线的输入阻抗经过变换器，使得阻抗特性满足能量传递条件，避免损坏不同的设备元件。阻抗变换器是天馈线系统中的关键设备，凭借其独特的构造和特殊的性能，在传输系统中利用反射波抵消系统中的原有反射波，使得信号能量与信号发射机内的相匹配，实现信号能量的无反射传递和最大功率输出，避免广播电视节目播出中出现重影、声音失真等现象。
3.1 故障类型
3.1.1 驻波比高
驻波比全称为电压驻波比，是一种重要的信号参数，能够为技术人员提供信号发射效率数据，其根据驻波比的数值，可以判断天线与电波发射台之间的匹配性，进行科学的故障分析。天馈线系统中最常见的故障是发射机功率降低、天馈线系统损坏，发射机控制面板显示驻波比过高，引发一系列技术故障，影响广播电视节目的正常播送，导致用户的信号接收存在延迟，出现卡顿、黑屏等现象。
这种故障属于技术性故障，技术人员需要着重检查天馈线系统各部件以及设备连接处，分析线材质量变化、天气因素等对天馈线系统的影响，结合实际设备的物理性能，判断故障成因，寻找最优解决办法。
3.1.2 系统老化
天馈线系统是天线向周围空间辐射电磁波的系统，在长时间的使用条件下，极容易出现元件、线材、设备老化现象，从而引起一系列的连锁故障。通过观察发现，信号发射机连接的各项设备密封元件，会随时间的推移而出现老化，特别是在降雨、降雪天气下，设备密封元件受到雨水的侵蚀而出现脱落，从而导致设备进水，影响功率放大管的正常运行，使信号输出的功率下降。在经过维修后，虽然设备的密封性得到提升，但是受到设备老化等不可抗因素的影响，广播电视天馈线系统将随时面临运行风险。
这种故障属于常见性故障，技术人员应当从天馈线系统的全局入手进行排查，在定期巡检的基础上，着重清扫密封元件区域，及时更换容易老化的设备、线材、元件，为广播电视节目的信号传输提供保障。
3.1.3 雷击故障
广播电视节目信号在高处能够快速、广泛的进行传播，因此，天馈线一般都架设在与信号发射塔位置相近的高处，为了应对不同天气影响，天馈线系统设有保护装置，以应对常规的天气变化，但在极端雷雨天气中，线路很容易受到雷电的影响而出现故障，导致信号发射己方的设备出现损坏，以至于广播电视节目出现播出事故。
这种故障属于不可控故障，技术人员可以坚持未雨绸缪，利用各种避雷设施来保障天馈线的安全，同时做好引雷处理，最大程度减少天馈线路损失，在雷击故障出现后的第一时间予以抢修，确保广播电视节目信号正常传播。
3.2 维护策略
3.2.1 定期巡检，避免阻抗不匹配
常见的驻波比过高故障，是由于发射机、传输电缆、天线之间的阻抗不匹配所造成的。引起故障的原因较多，技术人员可以通过定期巡检的方式，排除各类驻波比故障，选用同信号发射机输出阻抗一致的传输电缆，在选择变阻器时，使用与天线阻抗特性一致的变阻器，科学调整天线的尺寸，避免阻抗不匹配的现象出现。
首先，针对功分器与分馈线接触不良问题，技术人员在巡检中，应当根据“打火”故障原因，拆解连接处插头，在看到火烧痕迹后，重新锁紧各个连接接头，以消除“打火”故障，避免因功分器与分馈线接触不良而导致广播电视信号传输中断。其次，针对定期巡检工作，技术人员应当结合实际故障多发处、频发期，制定专项巡检计划，针对常见的驻波比高故障建立长效巡检机制，确保故障出现的第一时间能够得以解决，尽可能的减少维修时间，以保障广播电视节目正常播出。针对天馈线路故障，技术人员需要重点检查线夹能否固定住天馈线，根据相关技术标准，分析分馈线的弯曲程度能否满足信号能量传递需求，找出线路故障成因，按照发射机、传输电缆、天线之间的阻抗匹配性，更换线材，消除故障。最后，要利用扫频仪来观察驻波比变化，高效进行巡检，逐步查找故障点。技术人员可以采用分段式测量法，在主馈管终端连接适当的假负载，在输入端测试驻波比，结合相关指标来判定故障出现在天线部分还是馈线部分。同时，要对天馈线单元进行逐一检测，确保天馈线连接设备之间的抗阻相匹配，降低故障发生率。
3.2.2 全面清扫，增强设备密封性
天馈线系统主要包括吸盘、防盗、低增益全向、高增益全向、定向天线系统和连接电台与天线的不同阻抗、截面的馈线系统。全面的清扫线路、设备，能够有效防止元件被雨水侵蚀。相比定期巡检，全面清扫能够系统、彻底的对区域内的天馈线路进行检查、清洁，增强不同设备的密封性，清除元件表面的杂物以及油污，避免因设备老化而出现密封件脱落现象。
首先，技术人员应当在定期巡检的过程中，对全部设备清洁度进行详细的记录，对所有需要密封的地方，进行详细的检查，为后续的清扫工作做好准备。同时要检查放置密封圈的凹槽是否存在破损或油污，视情况来采取更换元件或清扫的方式来增强相关设备的密封性。其次，技术人员可以根据事先统计的数据，根据设备在使用过程中出现的密封不严情况，准备需要更换的各种器材，在全面清扫工作中，结合广播电视天馈线系统的实际情况，对老化严重、存在缺漏的密封件进行更换。此外，要根据主馈线的实际情况，来运用充气机进行充气，使得主馈线内的气压能够达到标准。最后，可以选择符合使用条件的防水管材，对天馈线路进行保护，避免因雨水侵蚀而影响广播电视信号的正常传输，还可以利用防水板材罩住功率分配器，避免分馈线接头与雨水接触，从而防止雨水侵蚀。为了进一步增强设备的密封性，技术人员应当根据当地实际情况和天气变化，针对容易受到雨水侵蚀的设备，进行按时清扫，及时的检查天馈线密封材料的老化程度，及时的进行清洁和防水处理，减少故障。
3.2.3 避雷保护，减少播出的事故
避雷保护是一种预防雷击故障的有效方法，旨在通过按照避雷针和保护发射塔天线的方式，将雷电引至大地，避免对天馈线造成不利影响，减少广播电视节目的播出事故。技术人员可以针对实际故障来有选择性的采取避雷保护措施，科学选择避雷针的安放之处，在不影响广播电视节目信号传输的条件下，合理的进行引雷，减少节目播出事故。
首先，安装避雷针是避免雷电故障的有效措施，技术人员应当视情况选择天馈防雷器或避雷针，在天馈线和信号塔上方安装，用符合规格的导线连接地下泄流地网，在极端雷电天气条件下，利用避雷针将雷电通过接线引入大地，避免信号塔和天馈线遭到雷击，有效减少广播电视节目的播出事故。其次，由于与天馈线连接的多数铁塔下均铺有避雷地网，但由于土质变化的影响，避雷地网难以发挥功效，技术人员可以使用适量的降阻剂来降低土壤的电阻率，确保避雷地网能够分散雷击所产生的巨大能量，避免波及天馈线。同时，技术人员也应当在定期巡查和全面清洁工作中，针对容易受到雨水侵蚀的地方，做好防锈处理，定期检测各接地处的电阻情况，避免出现电阻过高或生锈的现象，将接地电阻维持在安全范围内。最后，技术人员要做好天馈线室外引入线接地处理，覆盖防水层的同时，保证防雷接地线有一定的弯曲度，由此提高防雷的效果，确保广播电视节目信号免受雷电天气的影响，能够正常的进行辐射、扩散，提高终端用户接收广播电视信号的成功率与顺畅性。
综上所述，天馈线是广播电视信号发射机的重要组成部分，对其进行科学的管理和维护，能够保障广播电视节目正常播出。因此，技术人员在日常维护工作中，深入了解广播电视天馈线原理，对天馈线系统的构成做全面的分析，针对各项故障来采取针对性维护措施，以为广播电视信号发射机的正常运行提供强力保障。由于天馈线系统故障普遍原因是运维不及时造成的，所以了解天馈线原理，并及时做好日常检修和维护，才能够确保广播电视台节目安全播出。
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