短波天线交换系统的组成与天线开关的性能测量

摘要：天线交换系统主要由交换单元和操作控制电路组成，交换单元主要指交换开关。交换系统中各个开关单元机械性能和可靠性是保证安全播出的主要环节。另外，由于各单元中传输的是高频大电流信号，因此，开关不管是对机械特性，还是对电气特性均有非常严格的要求。本文仅对天线交换系统的组成、要求及电气参数的理解与应用及测试做简略介绍。

关键词：短波；交换；性能

中图分类号：TM59 文献标识码：A

一、天线交换系统的组成

目前，各短波发射台使用的天线交换系统大多为平衡式交换开关，主要有2x2、1x3开关组成的不灵活小型交换开关，还有由两个3x8开关组成的大功率交换系统等。

不灵活交换系统可根据播音任务和覆盖要求进行设计，多数通过2x2开关和1x3开关组成交换系统。这种交换系统仅能使每部发射机与有限的天线对接，其组成如图2所示。图中，F1、F2、F3、F4、F5为五部主要发射机，每部发射机可与三副天线对接，F6为共用备用发射机。另外一台假负载天线是六部发射机共用的。

这种交换系统的优点是经济实用，缺点是交换不够灵活。

目前，国产3x8开关已经试制成功，投入使用。由两个3x8开关组成的大功率交换系统能适合500KW大功率发射机的使用，交换灵活，且一次投资和维护费用低，有较高的经济和实用价值。

二、对天线交换系统的要求

对天线交换系统的要求包括每个开关单元的电气性能要求、系统操作的要求和机械性能要求。

1电气性能

（1）天线交换开关的传输特性阻抗应与馈线阻抗匹配。

（2）天线交换开关在无载流情况下，任一交换位置上的开关的插入驻波比应小于1.15。即在某一开关单元的输出端接上与开关特性阻抗相等的无感电阻后，在开关输入端进行测试，不管本开关以外交换系统内的其他开关处于什么位置，所测得的驻波比均要小于1.15。当开关工作在满负荷电流状态下时，最大驻波比也要小于1.3。

（3）每个开关单元插入损耗应小于0.01dB。

（4）同一开关内的任意两组交换通路，其串扰量应在—75 dB以下。

（5）全部高频导体部分电晕电位应足够高，绝缘体部分能承受足够高的高频电压，一般能达到80KV。

（6）接点接触可靠，能够承受工作时的最大电流值，一般达到200A。

2控制系统

（1）在交换系统中的每一个开关单元，均需由单独的三相感应电动机驱动，要有准确的机械定位机构，使开关能方便地往复运动，并确保制动后的定位一次转换时间要短，一般应控制在5S左右。

（2）交换系统操作应有远程控制功能对开关进行远程电动控制和手动操作控制两种方式。摇控装置必须具备以下闭锁控制功能。

1）两部发射机不能同时连接到一副天线上。

2）两部发射机之间不能相互接通。

3）保证开关单元在转动过程中，其高频接点未接到正常位置时，相关的发射机不能输出载波。

4）发射机正在播出时，相应通路上的开关不能进行切换操作。

5）交换系统中的每一条与馈线的回路应设有接地电路，以便在对天馈线系统进行检修时，确保馈线接地，并使开关锁住而不能与任何一部发射机连接。

6）本地手动操作与远程电动操作具备良好的兼容性，控制系统还有按运行图自动运行能力和超远程监控能力。

三、对天线开关电气参数的理解和应用

天线开关的电气参数主要有：特性阻抗Z0、回损与驻波比、相移与插入损耗等。而后两项参数应用的是传输线理论中的传播系统γ、衰减系数α和相移系数β。

1开关的特性阻抗

开关的特性阻抗是由高频导体部分的分布电容C0和线电感L0决定的。如果这些参数是均匀的，则其特性阻抗为定值，如果不均匀，则特性阻抗会随开关高频导线长度的变化而变化。

短波发射机开馈线多为对称平衡式，特性阻抗多为300Ω，开关的设计与制造必须依照这一特征进行。因此，开关应选择为平行管式高频导体结构。高频导体的分布电容C0和线电感L0取决于它的几何尺寸。

平行管式开关特性阻抗Z0与开关几何尺寸的关系如图3所示。

为了保证开关的特性阻抗要求，在设计时必须严格按照上面公式确定尺寸，制造过程中确保几何尺寸准备。

需要说明的是，开关的形式不同，因而常常需要将高频导管弯曲，以通过开关同时完成外接线改变方向问题。处理这样的问题，一是要保持高频导管必须长度相等；二是要保持高频导管各个对应点间距相等。只有这样，才能保持开关特性阻抗的均匀性。

2开关高频导管的特性

从理论上讲，当开关导管R1=G1=0，并且在终端接入与开关特性阻抗相等的纯阻负载时，高频导管上无反射波呈行波状态，即驻波比等于1。但是实际上，开关导管的R1和G1不可能为0，特性阻抗的不均匀性必然会产生一定的反射波，使驻波比大于1。

因此，在开关的制造选材上力求减小R1，同时使导管安装时保持间距的一致性。另外，从衰减的角度上讲，传输衰减系数α总与R1、G1成正比，因此，也必须设法减小R1、G1。

四、使用网络分析仪对开关参数的测量

适用于短波电台的开关常常与300Ω平行馈线相接，天线也大多是水平极佳的对称天线，原理上均属于差分系统。因此，开关特性阻抗设计也必须是300Ω平衡对称式的差分系统。由于目前的网络分析仪均属于单端一线一地系统，不能直接对差分系统进行测量，因此必须通过差分桥将单端转为差分才行。

差分桥的制作原理是根据指数线非均匀阻抗变换的原理，使阻抗由低到高逐渐变化。

天馈线系统是发射机的负载，其性能的优劣影响发射效率与覆盖质量，而天馈线交换系统的灵活应用关系到发射资源的充分利用。在交换系统中，交换开关的电气性能是不容忽视的，从设计上要予以保证，在制造过程中要重视测量，以利于随时发现问题，加以纠正。

参考文献

[1]谢处方，邱文杰.天线原理与设计，西安西北电讯工程学院出版社，1985.

[2]任朗.天线理论基础，北京人民邮电出版社，1980.

[3]李素勖.《广播电视技术手册》[J].国防工业出版社，1993.