UHF四偶极板天馈线系统电缆功率容量分析

UHF四偶极板天馈线系统电缆功率容量分析

高峰俊

国家新闻出版广电总局五八二台北京100050

摘要：本文介绍了UHF水平极化四偶极板天馈线系统组成，系统电缆的功率容量分析方法，为现有台站UHF四偶极板天馈线系统增加播出功率是否可行提供了分析方法,为新增天线系统电缆配置选型提供指导和参考。

关键词:峰值功率、平均功率、功率安全因子

0引言

UHF水平极化四偶极板天馈线系统广泛应用于广播电视发射台，该天线系统通常采用阵列形式，以4层4面和4层6面阵列居多，有些特殊台站采用各面不等数量的阵列天线实现天线系统的场型赋形需求。UHF水平极化四偶极板天馈线系统等通常用于多频率播出的大功率系统，近年来随着广播电视覆盖工程的推进，各台站的该类天馈线系统增加的播出任务越来越多，现有天馈线系统面临增加节目、增加功率播出的问题，因此该类天线系统的功率容量需要进行严格的计算，来判断增加功率的安全性，从而保障天线系统增加功率播出时的使用安全。

1UHF水平极化四偶极板天馈线系统

UHF水平极化四偶极板天馈线系统通常由主馈线、功分器、分支电缆、UHF水平极化四偶极板天线单元组成，以4层4面天线阵列为例,其系统图见图1所示。

图14层4面UHF水平极化四偶极板天线系统图

UHF天馈线系统主要包括主馈电缆、功分器、分支电缆、天线阵列四部分，根据多年的设计经验，电缆是影响天馈线系统功率容量的主要因素，所以于此文引入功率安全系数对天馈线系统中的电缆做相关功率容量的分析。

2天馈线系统电缆功率容量分析方法

UHF天馈线系统包括主馈电缆和分支电缆，而在国内系统设计中，由于安装形式及应用环境决定其分支电缆的最大型号是7/8"电缆，因此本文以7/8"电缆为例来阐述电缆的功率容量分析方法。

电缆峰值功率一般计算公式为

其中为其峰值电压（kV），为其特性阻抗。

实际使用中，对易引起电击穿的场合应考虑上式所给出的额定峰值功率；而对于易因温升造成介质软化发生热击穿的场合，应主要考虑额定平均功率，所以在广电工程设计中应主要考虑天馈线系统电缆的额定平均功率。电缆额定平均功率与电缆内导体的温度、所处环境等一系列因素有着紧密关系，要远远低于上式给出的峰值功率。

一般设计中，电缆平均功率的经验计算公式为

其中为电缆的平均功率，为电缆的最大平均功率，为厂家给出的平均功率值，S为电缆驻波VSWR，为环境温度因子，为气压因子，为阳光照射因子，具体因子可查相关电缆厂家资料。对于式中的取值，国内外各厂家在产品手册中会给出各个电缆型号对应的最大平均功率，而非峰值功率。

查询国际电缆知名厂家RFS给出7/8"电缆在800MHz的平均功率为2.91kW，测试条件为周围温度40℃，空气干燥无阳光直射，驻波为1.0，气压为一个大气压。此测试条件为完全理想情况下，而在实际工程中，馈线的实际功率容量不仅与其内外径尺寸和场强有关，还和许多其他因素有关，如同轴线系统的组成材料、结构特征、微波传输通道表面连续性、同轴馈线系统内的气体湿度等。因此，在实践中，通常将同轴馈线系统的最大传输功率乘以各种影响因子，如馈线系统的驻波、重复频率、海拔高度、结构特征等因子。在同轴馈线系统中，经常会出现弯曲等变形情况，所以在估算同轴线系统实际功率容量时还应该乘以接头因子。此外，弯曲变形是硬同轴馈线系统的薄弱环节，它会使同轴线系统的承受功率下降。

因此，本文在式（2）的经验公式上添加另外工程方面的计算因子：电缆位于室外时的气体湿度因子k5，微波传输通道表面连续性因子k6，电缆施工时出现弯曲变形等问题时所需的接头因子k7，另外厂家实验时内导体温度达200℃，而实际工程时不易存在过高的温升，所以设其内导体温升因子k1，因此其功率安全因子为

结合多年设计和工程经验一般取其因子为，驻波VSWR取1.03，计算其功率安全因子约为0.658。另外实际设计中因子取值需要结合台站的具体地理环境以及安装形式等一系列因素，例如位于海南的天馈线系统设计时的

一般分别取0.97和0.88左右，所以电缆功率容量影响因子的具体取值要根据实际的设计因素而定。

3结论

在广电天馈线系统设计时，功率是设计时考虑的首要因素，而电缆是天馈线系统中功率容量的主要制约点，本文根据多年设计经验，创造性的提出UHF四偶极板天馈线电缆的功率安全因子，为现有台站UHF四偶极板天馈线系统增加播出功率以及电缆配置选型提供一定的技术参考。