大功率短波天馈线驻波比调整方法研究

肖 刚（国家广电总局九五一台） [摘 要] 天馈线系统驻波比指标对大功率短波发射台站发射机的稳定运行和播出效果影响非常大。本文讨论了三种驻波比调整方法，并介绍了网络分析仪的时域故障定位方法，以供相关台站参考。[关键词] 大功率 短波 驻波比 调整 时域故障定位 1 引言大功率短波发射台的天馈线系统驻波比指标分别受天线、馈线及天线交换系统等因素的影响，在实际工作中常常会遇到因为部分频率驻波比太高而使反射功率偏大，并相应使高末级电子管的屏极损耗增加，使播出效果变差，严重时还会使发射机频繁保护而无法正常稳定运行。而且由于损耗的增加，会影响到价格昂贵的大型电子管和真空电容的正常使用寿命。因此，有必要对大功率短波天馈线系统驻波比的调整方法进行研究，使调整便捷、有效。 2 驻波比调整方法研究常用的几种大功率短波天馈线驻波比调整方法有λ/4测量线测量法、网络分析仪频域测量法和网络分析仪时域故障定位法。λ/4测量线测量法对工作在单频或双频的天线驻波比调整兼顾效果好，而对于目前广泛使用的宽频段同相水平天线的驻波比调整则有局限性，且调整中需要加高压，对人员安全造成威胁。网络分析仪频域测量法可将驻波比曲线直接显示在屏幕上，较为直观，但需要结合丰富的实践经验，并结合其它测量方法对驻波比较大的频率进行调整。网络分析仪时域故障定位法利用测出的频域反射系数自动进行运算后得到时域故障定位图，从图上可以直观地看到整个测量距离内从测试起点到终点的各个距离反射系数的大小，可以直观地指导调整工作，调整后还可切换到频域观察结果，如还不符合要求则再返回时域继续进行故障定位及调整。通过比较上述所列的几种常见测量调整方法，可以看出在馈线所连的宽频天线频段范围内，使用时域故障定位法可以快速方便地定位天馈线通路上引起驻波比变差的位置，并以此为依据有的放矢，可进行精确的进行调整，大大缩短调整时间，使调整安全、快速。 3 时域故障定位法介绍测量使用的仪器是PNA3268D型单测试通道矢量网络分析仪，测试频率范围为0.001-120MHz。该仪器采用的时域故障定位法是窄带频时域转换方法，从设定的开始，依次按?0+Δ?、?0+2、...?0+nΔ?共n+1个点进行测试，利用端口测出频域反射系数进行运算后得到时域故障定位的功能^[1]。设置仪器进入时域工作状态后，需要设定测试距离、再依次设定起始频率、终止频率，按要求将仪器连线接好后，先进行校开路、校短路，再切换到频域后进行校零（接标阻）。仪器校准后即可连接待测系统进行测量，可在频域观察驻波比，还可切换到时域测量各个距离对应的反射系数的大小。如图1为测试某段天馈线通路放大四倍后的时域测试结果示意图，分三屏显示了所测的总长约410米的某段天馈线通路上的反射系数的大小。在直角坐标的上方可以读出光标所在的反射系数|Γ|、电长度d0等参数；在直角坐标的下方可以读出测试的起止距离，并给出了反射系数最大点所对应的测试距离dmax。

4 时域故障定位法应用4.1 测试调整方法如图3所示为利用网络分析仪时域故障定位功能，并结合大功率短波天馈线系统的实际情况，对驻波比进行测试和调整时的三种接线示意图。

在图3（a）中，由于网络分析仪50Ω同轴测试线N型接头与发射机9英寸50Ω同轴馈筒间机械尺寸相差太大，若用开口夹子线的形式连接则会带来测试误差，尤其在高频端的误差更大，因此定购了专用的50Ω/50Ω阻抗匹配器，将机械尺寸分级进行过度，实现阻抗的匹配连接。同样，在图3（b）、（c）中，定购了专用的300Ω/300Ω阻抗匹配器，将机械尺寸逐渐加宽进行过度，实现阻抗的匹配连接。如图3（c）所示，是在将图3（b）中的300Ω差分电桥替换为抗干扰型短波50Ω反射电桥，并使用单端/差分转换电桥将50Ω单端信号转换为300Ω差分信号后，通过阻抗匹配器实现与300Ω平衡馈线的匹配连接。此测试方法具有一定能力的抗干扰能力，更适合测试300Ω天馈线系统；若将抗干扰型短波50Ω反射电桥替换图3（a）中的50Ω反射电桥，则图3（a）的测试方法也具有一定能力的抗干扰能力，因而更适合测试50Ω同轴馈筒及其后面所连接的天馈线系统。测试调整前需要明确所测天馈线通路的整体情况。如图4所示，为A04号发射机上106号天线的天馈线通路示意图。标号1-9间为300W主馈线，从0米处开始经过9个馈线杆后与106号天线连接，其中在第1、2、3、4、9处为馈线跳笼，在第5、6、7、8处为馈线吊杆。第10处为一路转二路馈线复合杆，第11处为左右水平分馈线的馈线吊杆、第12处为上引线馈线跳笼。天线幕有四层水平天线振子，通过大、小硬馈和之间的分馈线1、分馈线2与上引线跳笼连接。需根据图纸及实际测量的数据将各点所对应的机械长度进行标注，而电长度则还需根据实际测试结果来判断。

根据所测天馈线通路的长度以及天线工作频段对仪器进行设定和校准后，按图3（b）或图3（c）的连线方式从标号1处测试天馈线，在时域测试图中查找反射系数峰值点，并判断这些反射系数峰值点在所测通路上的位置。可以用短路夹子短路某处馈线，使该处的阻抗为0，则可以在图上看到对应处的反射系数会急剧变大（理论上应该为 Γ=1 ），这样就可以方便地判断出各反射系数峰值点的位置，以便进一步的原因分析和调整。将各反射系数峰值调整小后再返回频域观察驻波比，直到驻波比得到改善为止。用时域故障定位法测试时，要求反射系数的大小应低于0.01，但一般在实际使用中，反射系数的大小低于0.03就认为该处的馈线基本调整合适，此时对应的插入驻波比小于1.06。但如果测试整个天馈线还存在有部分频率驻波比偏大的情况时，则还需要对引起反射系数较大处进行仔细调整，尽量将反射系数峰值点调低。

测试中，还可以先进行总体测试，观察当前的状况，再根据情况进行分段测试调整。如图5所示，利用Excel和Visio软件的绘图功能将A04号发射机上106号天线的天馈线通路调整前的时域测试结果绘出，并标注出反射系数较大的峰顶点以便于后期的分析原因及驻波比调整需要。对比图4中的机械长度可以看出第1至4处、第10处以及天线幕上存在多处较大的反射系数峰值点。则可以将第9处的跳笼断开，接上300Ω平衡负载后从第1处开始测试，只测试主馈线1-9间的性能，一般通过微调主馈线的双笼之间的间距达到微调阻抗实现匹配的目的，从而使反射系数峰值点得以降低，驻波比得到改善。同样，在测试天线时也可以分段进行测试。例如，将第10处的双跳笼断开，在主馈线变阻器末端各接1个300Ω平衡负载后从第9处开始测试，即：只测试主馈线变阻器的性能；在将主馈线变阻器调整合适后，先恢复第10处双跳笼中的与左水平分馈线连接的跳笼，并将第12处对应处的上引线跳笼断开改接300Ω平衡负载，只对第10处双跳笼和左水平分馈线进行测试调整；同样，对第10处双跳笼和右水平分馈线进行测试调整。若有必要还需要登高上天线幕进行调整。调整各段后，还需恢复连接，再从第9处测试整个天线的驻波比，若合格后还需要恢复连接并从第1处复查整个天馈线通路，如果驻波比未得到明显改善，则还需要重新进行调整，将各反射系数峰值点尽可能地调低，使阻抗更加匹配，则驻波比将得到改善。对比图1和图5可以看出，通过对主馈线、主馈线变阻器（四节阻抗变换器^[2]）、左右水平分馈线、天线幕进行调整后，各反射系数峰值点明显降低，且驻波比均低于1.54，达到验收标准，且多数频率的驻波比还低于1.3，调整效果非常明显。4.2 故障预防方法通过定期测试或根据发射机驻波比、反射功率越限的告警提示来及时安排测试，能够对整个天馈线系统的状况了如指掌。通过与正常状态时所测试的时域故障定位测试图进行对比，如果发现某处位置的反射系数峰值明显变大，就能够及时、准确地发现天馈线通路中存在的事故隐患，尤其能检测到存在于天线交换系统的馈筒内以及高空天线幕上存在的事故隐患。这类事故隐患用传统的测试方法是很难检查出来的，如果未能及时得到处理时，往往会引发长时间的停播故障，使发射机无法正常工作。 5 结论综上所述几种方法可见，将网络分析仪时域故障定位应用于大功率短波天馈线驻波比的调整具有非常快速、直观的特点，可以发现影响整个天馈线系统的驻波比指标的原因，将以往的被动处理故障变为主动预防检修，提升设备维护水平和科技含量，而且调整中不需要发射机开机来测试，测试和调整人员的安全能得到较好的保护。同时，通过快速测试和调整，可以尽可能地降低驻波比，使大功率短波发射机的反射功率和高末电子管的屏极损耗下降，既增强了发射机的播出效果，又有利于发射机的长期稳定运行，可取得良好的社会效益和经济效益。 参考文献：1．胡树豪. 实用射频技术. 北京：电子工业出版社；2004：P1462．Devendra K. Misra（著）张肇仪 徐承和 祝西里（译）. 射频与微波通信电路—分析与设计. 第二版. 北京：电子工业出版社；2005：176-181 编辑：中国新闻技术工作者联合会