我国电视发射天线系统

1、当前我国电视发射天线系统存在的一些问题及解决方法吕传和近十几年来，由于四级办广播，我国的广播电视事业得到了飞速的发展，各 省市都有电视台。各县市都有转播台，甚至不少乡镇都建有差转台。就是这些发 射台转播台在全国担负着86 - 2%的无线覆盖率任务。但我们广电系统长期以来重宣 传、轻技术、技术行业中重播控、轻发射，发射行业中重发射机、轻发射天线。发 射天线成为整个广播电视系统工程中的轻中之轻。在广播电视系统中，除了专业 部门外很少有人重视、了解研究发射天线，因而天线系统中较普遍地存在着一些 问题，从而造成了场型覆盖不好，发射效率变低、资源能源浪费严重。为 此对当前 国内广播电视系统天馈线系统中较

2、普遍存在的一些主要问题进行讨论如下：一、片面追求天线层数而导致了垂直场型的变坏我们不少电视台，特别是部 分 县市级台，为了尽量扩大本台的覆盖范围，在发射机功率限于规划而被限定的情 况下，片面的追求天线的层数，以增加天线增益而扩大本台的覆盖，有的台采用8 层或8层以上偶极子天线，或8层蝙蝠翼天线，结果覆盖并不理想，造成近区收看 不好，远区有时也收不好，在高山上，甚至在飞机上才能看好。有的在城 区收看不 好，而在县外（非覆盖区）反而能收看好。其主要原因是天线增益太高，造成垂 直方向图主瓣过窄，零点太多，而没有采取波瓣下倾和和零点填充措施而 致，如 图1所示。因此欲用多层增益天线，必须注意以下几个问

3、题：I天线系统的垂直面方向图1、适当选择天线层数天线层数（增益）并不是越多越好，我们必须根据实际覆盖要求，对天线层数 进行合理的选择，图2示出了 6层翼型天线和12层翼天线的垂直方向性图。从图2中可以看到，在发射机输出功率相同的情况下，在低于水平面 002. 5O （即肋=0。- 2. 5）时，12层天线对应的服务场强要强。而在2. 5o (j-7)式中：Kp= 11 /12,11 ,12分别是上、下部振子群的激励电流，8是11相对于 I2的相位差。N是振于层数。S是振子层间距。9为垂直面的变化角度。F(QD)是单 元振子的垂直方向性函数。此外还可以采用改变上、下两部分振子功率比的办法来进行零

4、点补偿。通常 功 率比为7: 3。但此时天线的增益要下降4 %左右，且还要增加专门的功率分 配器，这 就增加了天线的造价与成本，故此法较少采用。二、由天线双工器而引起的场型及驻波比变坏目前在分米波电视频段，有不少电视台为了节省天线采用多部发射机共用一套天馈线系统，但没有注意到会产生两个问题，一是水平方向性不好，二是驻波比不好。这主要是天馈系统设计不 合 理造成的。天线系统有两种馈电方式，一种是等幅同相馈电，即一层天线四个 方向 的振于馈电相位机同，另一种是90相位差馈电，即一层天线四个面振子的馈电相 位差分别是90。一般等幅同相位馈电由于反射波的相位相同互相叠力口，使驻波比变 坏，即使加上其它

5、的补偿手段，匹配带宽也不易展宽。而90相位差馈电，使系统的反射波相位相反，互相抵消，因而其驻波比匹配带宽是比较 宽的，在UIP可达xDMHz但其方向性图带宽即是很窄的，只能用一单频道，有些用 户并没有注意到这一点，盲目使用天线多工器，致使服务区水平方向性图变坏，为 什么其水平方向性固会变成窄带呢？因为9Ot0位差仅对单频而言的，当频率左右 变化时，四个方向的相位不再是90。相位差关系，积累到第三个方向，相位差得更 多，同时安装偏置尺寸，也是对于某一单频的，随着频率的变化，偏置尺寸相对也 变，因此水平方向性图变坏。如果在实用中取两频道的中间频率制造分馈电缆来产 生相位差及安装天线的偏置尺寸，则两

6、频道的方向图都不好，如果取单一频道来制 造分馈电缆及安装偏置尺寸，则一个频道方向性图好，另一个频道则不好，如果三个频道三工，问题会更大。在实用中如何来解决这一问题 呢？既能照顾到系统的水平方向性又能展宽系统的驻比带宽。我们做如下讨论：如果我们把N层天线分成上、下两部分，如图四所示:J? 4 5itf極黃規的一沖玉険方味图4反射板天线系统的一种安装方法.下层天线的支架比上层天线支架长V4,而上层天线分馈电缆比下层短V4o而功分器输出口各分馈电缆上的相位相同，因 而对远区某一点P的合成场相位是相同的。对于天线系统来说，由于电缆的V4波程 差造成了反射波k/2的相位差，使反射波相互抵消。从而达到了展

7、宽驻 波比带宽的 目的。当工作频率左右移动时，电缆中的V4和支架中的V4同时变化，使P点合成 场相位始终是同相的。因此这种安装方法具有较宽的方向性图带宽和驻波比带宽。 是多部发射机共用一套天线较理想的一种安装方法。三、忽略了系统匹配而导致了系统效率与增益下降众所周知天线增益系数：G=qAD qA是天线的效率D是方向性系数D与天线的型式、工作波长、层数、层间距等因素有关。9A与系统损耗，特 别是整个系统的阻抗匹配有很大关系。理想情况下 1A二1, G=D,即天线的方向 性系数等于增益系数，但实际情况1k工61, WD,使天线增益下降。在实际工作中 有一些厂家调试人员及用户并没有注意系统内各环节的

8、阻抗匹配。在调试天线时只关心系统总驻波比，没有充分注意到从主馈线、功分器、分馈线、振子之间 的阻抗匹配，特别不注意分馈线与单元扳子之间的阻抗匹配，只凭理论设计的 馈电 铜皮及槽宽，不加任何调整，系统联接好后稍微调一下功分器电容盘即交工 完事。 表面上系统驻波比可能达到要求，但各分馈电缆并没有与振子达到真正的阻抗匹 配。从功分器输出的功率有相当大一部分白白浪费。另外有些厂家对分馈 电缆也没 有给予足够的重视，分馈线在整个天线系统中起到很重要的能量传输作用，从功分 器输出的功率靠分馈电缆传递给各振于。如分馈电缆本身质量不佳，也会造成天线 效率降低。另外有的厂家测量分馈线长度是取机械长度，用米尺量，

9、而不是电长 度。分馈线电线的电长度不精确这就很难保证各振子之间的准确的相 位差，特别是 UID频段。因而影响天线的方向性及场型。所以为提高天线系统的增益及效率，应 注意以下几个问题：1、首先精选分馈电缆及其电长度对分馈电缆要求要损耗小，驻波小，条件允许的话尽量选直径大一点的电缆做分 馈 线，以尽量减小损耗，如一波段四层翼型天线，每根分馈线约10M16根分馈线共计160M,如分馈线质量不好或直径太小将有很大一部分功率白白消耗在160M的电缆上。最好每根分馈线逐个测量，要求驻波比 S名1.1。为保证分馈线的电长度，基准起始分馈电缆要尽量取其半波长的整数倍(介质波长)，因为半波 长阻抗的重复性，可避

10、免了由于分馈线本身的驻波比对整个系统的不良影响。取分 馈线的电长度可用扫描仪测量(有条件的话最好用网络分析仪)。测量方法如图5所BS用扫仪需豪/缺方圧扫描仪扫频输出接检波三通后接被测电缆。要求被测电缆终端开路。在扫描 仪 显示屏上则显示岀多个连续反射波，1, 2, 3,n= 10,即从零频开始读 到第10 个波节点即取f010f010与电长度I有如下关系：式中：3光速，f为扫频仪第10个波节点对应的频率值，单位MHzl为m6v为 波速系数。由扫频仪上第10个波节点读出对应的f值代人(3 1)式即可求 得电长度 2(m)o2、仔细调整系统匹配当天线系统运到用户工地后，调试人员当认真地按步骤开展系

11、统调试工作。天 线安装好后。特别是蝙蝠翼天线，首先应对每对振子进行匹配调试，使每对振 子达 到最佳匹配，有的厂家要求分馈系统驻波比SW1. 2,笔者认为要求太低，根据笔者的实际调试经验，翼型天线分馈系统驻波比完全可达到S 1. 1,偶极子天线更不成问题，只要分馈系统驻波比达到S= 1. 1,变阻器以上的系统指标 肯 定大大小于11,所以分馈系统的调试非常关键。对于偶极子天线出厂前已调好， 但经过运输，最好上塔前进行一次检验测试，使分馈系统驻波比都保证在S 1 .1o变阻器与主馈线之间的阻抗匹配也应给予足够的重视， 因为国产电缆指标相 对较差，使变阻器与主馈电缆线之间需匹配器，或者精确选择主馈线

12、的电长度，也 可以解决，即主馈线的电长度也选择在介质工作波的半波长的整数倍，以避免主馈线的驻波影响系统驻波比。经这样调试，系统指标很容易达到甲级指标。四、由施工质量差造成的天馈系统指标下降天馈线即使在厂里设计、 加工中 保证了质量，到用户工地实地安装调试中没有很好的安装调试服务，也会使前期的 一切努力化为泡影。在国内个别生产厂中，施工队伍的思想素质和业务质还有 待于 提高。因天线工程高空作业，用户很少派人上塔进行工程监督，个别施工人员责任 心不强，在施工中粗心马虎，给用户留下许多以后很难解决的遗留问题，根据笔者多年来的经验，可总结为以下方面的问题。1、密封不严，造成漏水停播天馈线漏水是经常遇到

13、也是最普遍的问题。大多数是分馈线电缆头没拧紧，或 是硅胶没密封好，造成漏雨。笔者曾遇到有几个台由于分馈线长期漏水，雨水 沿 变阻器下行到主馈线，使发射机负载短路，造成严重后果。2、天线工作一段时间后，指标严重下降经上塔逐一检查，经常出现的故障是分馈电缆头没做好，造成电缆外皮接触 不良，或者是因材料质量不好使振于、螺钉、部件生锈造成接触不良，使指标下 降。3、测试手段落后，测试误差较大目前因国内大部分天线生产厂家，在工地天线调试仪器普遍比较落后，一般采用 BT-10型（1255型）或BT 3型扫频仪。测试方法，一般采用测试电缆法或驻波 比电桥法。测试电缆法用的大部分测试电缆本身的驻波比就比较大，配上匹配校 正小盒在V1D频段还勉强可用，但在Ulp频段，因视频率太高，会引入较大的误 差，只好使用驻波电桥，但国产驻波电桥及衰减器引入的误差甚至会更大，所以 欲把天线调整到最佳匹配状态非常困难。欲购买网络分析仪，大部分厂家及电视 台都买不起。这就是中国的国情。总之，根据目前国内天馈线系统存在的一些问题