天线偏向开关（精选3篇）
天线偏向开关 篇1
摘要：本文主要基于偏向开关的工作原理, 并对使用技术流程进行必要的分析。就此设备操作规程和一般故障的分析及处理。
关键词：使用流程,操作规程,故障分析故障处理,设备保养,养护措施
1 偏向开关的工作原理
在具有两列以上的水平偶极子天线阵中, 如将天线阵的各列的电流相位逐列改变一个相等的角度, 同时保持电流幅值不变, 天线阵的辐射波束便会发生偏转, 增加这项功能, 一副固定天线就可以在不同时间里用来对不同地区服务, 以提高其使用效率。
在短波天线阵中要取得各列偶极子间电流相位差的方法是利用电磁波在馈线中传输时所产生的相位移。因此要使水平辐射方向图偏转可改变馈给各列偶极子的馈线长度差以获得各列偶极子的电流相位差。
(a) 正向辐射 (b) 偏向辐射
如图1 (a) 由馈点O到两极偶极子的馈线长度相等, 则偶极子A与B电流相位差为0, 这时辐射最大值方向垂直于偶极子平面, 图1 (b) 中馈点O’的位置偏离中心O点的距离为L, 则O’B比O’A长2 L, B列辐射元的电流相位比A列辐射元的电流相位滞后一角度§其值由电流流经长度为2 L的馈线的电流相位差而定, 这时的辐射方向图向右偏转, 在实际中为了改变分馈线的长度差, 需采用一个1*3开关或称偏向开关, 其接法如图2中Sr为偏向开关。
其上有接点a、b及c。a与b与c之间各接一段馈线, 其长度, 是所需的电流相位差决定馈线a.A与c.B的长度相等, 当偏向开关的转动接点在a点时 (即a点为馈电点) 。则分馈线a.A比a.B短, 这两段馈线长度之差为a.b.c.段馈线长度, 这时辐射方向图向右偏转, 相反, 如偏向开关的转动接点接在c点时则辐射方向图向左偏转, 如转动接点在b点时则为主辐射。
偏向开关从实用性, 方向选择等多方面发挥出巨大作用, 因此得到了广范使用。一般的偏向开关为TBP 1×3-500型或TBP 1×5-500型大功率短波天线偏向开关。下面我们和大家共同探讨TBP 1×3-500型大功率短波天线偏向开关。
TBP 1×3-500型偏向开关分为电器控制部分, 偏向开关柜, 及偏向环组成。 (如图3所示)
正常来说电磁波从机房出来后经主馈线分馈线然后上天线。当主馈和分馈之间出现偏向开关时, 情况就有所不同, 当开关不偏向时电磁波经主馈同时是经偏向环一加分馈一和偏向环二加分馈二, 然后经馈线同时到天线振子, 此时分馈线的长度一样, 也就不存在相位差, 而当偏向开关打到右偏或左偏时电磁波就会多流经两个偏向环才上天线, 例如当偏向开关打到右偏电磁波从主馈进入经分馈二流出, 同时通过偏向环二和偏向环一从分馈一流出, 经两条分馈线到达天线振子, 此时两分馈的长度不同, 也就出现了相位差, 电磁波就不会时间到达天线振子, 天线右侧的振子相对比左侧的振子先得电形成天线偏向。
2 偏向开关工作流程及常见故障
2.1 工作流程
一般正常情况偏向开关的偏向环, 微动开关都处在主向位置, 当同一副天线需要对另一个地区服务进行覆盖时, 偏向开关就要进行偏转。首先是机房送出380伏交流电, 使开关马达带动转向器的三转换开关使偏向环向天线需要方向偏转, 同时机房的220伏控制电缆来控制微动开关工作完成偏向开关的偏转。
2.2 常见故障及分析
在偏转过程中偏向环和微动开关到位时机房会收到位置反馈信号, 当没有位置反馈信号时说明偏向环或微动开关没有到位, 形成开路, 这可能是偏向环没有到位, 或者说微动开关的触点出现问题没有形成正常的闭合状态。也有可能接线盒接线端子出现接线错误。这就需要人工手动来操作完成及检查并处理相关问题。
(1) 偏向开关形成开路后, 需手动恢复, 先将偏向开关的手柄下拉并固定, 这样防止突然电机带电转动伤害检修人员, 在旋转手动轮时比较轻松省力, 然后打开手动部分的保护护盖。将手轮安装在电机手动控制器上并固定。用一只手转动手轮根据具体情况, 顺时针或逆时针方向转动手轮。同时用另一只手来控制电机部分与偏向开关之间的联动器使其进入固定轨道槽内。联动器是微动开关接触器与偏向开关内叶片接触器互锁的连接装置, 它们方向一致。继续转动手轮使其按一定的方向旋转使微动开关接触器顺利与微动开关完全接确。可以从上方的透明窗口上观察到, 使微动开关闭合。一般情况要将微动开关接触器打到中间档。也就是所说的主向。偏向开关的叶片同时和主向接触点完全接触。这时上方透明窗口微动开关接触器到位了就不动了, 继续转动手轮因为在控制器内部还有一个微动开关接触器行程比较长还没有到位, 观察这个接触器就要到开关的后上方, 也就是主馈过来方向, 有一个小的透明窗口, 从这个小的透明窗口可以看到接触器, 转动手轮使微动开关接触器与微动开关完全接触。线路导通, 信号传送回机房内。机房信号指示灯亮。
(2) 在恢复后还出现开路那就是各接线端子有问题。检查各接线端子的接线情况, 先从机房查起看看机房和分线柜之间接线的号线, 打开分线柜用万用表去测量380伏交流电, 再检查220伏控制电缆各接线的端及线号是否相对应。之间的电压是否在额定值内, 感应电压的大小是否影响到电缆的正常使用, 如不符合要求马上更换或做好相应处理, 使其达到要求并能正常使用。然后查看分线柜和终端接线盒之间的接线线号是否相同, 之间的电压是否在额定值内。如果是在安装或测试使用后出现问题那就是换频后感应电压影响到电缆的正常使用。
自我台安装偏向开关以来, 在维护过程中我发现偏向开关两边向外延伸上下两根平行的分馈馈管的连接稳定性较差, 受季风影响严重。经过认真分析原因如下:馈管为纯铜材料, 固定分馈跳引线的一端比较重, 馈管用胀塞和顶丝与偏向开关输出端进行固定和连接, 电磁波从主馈通过偏向开关经分馈馈管, 分馈线跳引上分馈线到天线, 但是偏向开关与分馈馈管的连接稳固性较差, 上下两馈管之间很难保持平行, 跳引为铜包钢材料制作而成, 有一定弹性。西北地区属季风性气候, 风多, 风力大, 在风季来临后, 分馈线和跳引在风的作用下来回摆动带动馈管, 长期下去就会使胀塞赛松动, 上下两根平行馈管不平行造成发射机驻波比过大, 严重时可能会使分馈的馈管脱落烧坏偏向开关造成大的停播事故。
为了解决这一问题, 提高两根平行的分馈馈管的稳定度, 在馈管之间加装了支架, 并将支架和基座进行联接。加装支架后, 给馈管一个支撑和限制位置, 使其在外力条件下也能相对地保持位置固定不变, 有效地提高了该部分的抗风能力, 经过一段时间的观察, 收到了良好的效果, 确保我台的设备正常使用和安全播音, 也减少了维护工作中不必要的人力和物力上的浪费。
3 结语
TBP 1×3-500型大功率短波天线偏向开关是我国广播电视传输发射系统目前最常用的天线设备之一, 该设备技术成熟, 维护相对简便, 可靠性比较高。通过在不同环境下维护经验的总结, 可以更好地发挥短波天线偏向开关的作用。天线偏向开关的大规模使用增强了固定天线使用的灵活性, 提高发射设备的使用效率, 所以加强该设备维护技术的分析与研究, 对广播电视传输发射系统的安全播出具有现实意义。
偏向开关的使用及改进 篇2
在无线局西新工程天线交换系统升级改造中, 偏向开关得到越来越广泛的应用。它的功能就是通过控制偏向开关的转换角度来改变固定短波天线左右发射幕的馈电相位, 从而改变天线主瓣的方位角, 改变天线的覆盖区域。基于微机控制的天线自动交换系统, 根据指令13秒内实现不同位相的转换, 不仅提高了天线交换的效率, 而且减低了实现相同覆盖区域的工程造价, 有利于实现天线交换系统的“无人值班, 有人留守”。但在近两年的实际应用中, 尤其在沿海潮湿含盐量大的地区, 偏向开关出现了一些锈蚀方面的问题, 如由于生锈造成开关减速的刹车部件失灵, 表面处理老化腐蚀, 连接螺栓生锈等。下面从偏向开关的基本结构、工作原理和技术参数, 以及在使用过程中出现的一系列问题提出改进措施。
2 偏向开关的基本结构
偏向开关的基本结构如图1所示, 室外天线偏向开关主要由支撑开关平台、动力系统、驱动系统、转换系统、控制系统、框架系统等几大部分组成。
(1) 支撑平台
偏向开关位于室外, 根据场地要求的高度连接偏向开关, 支撑平台由立柱支撑连接槽钢, 通过连接件连接, 组成井字架将偏向开关支撑起来, 且对偏向环起支撑固定作用。
(2) 动力系统
偏向开关运动切换的动力采用380伏、60瓦的异步电机。
(3) 驱动系统
偏向开关的驱动系统采用涡轮蜗杆式变速箱。变速箱体采用铝精密铸造, 内部为3级涡轮减速, 电机输出转速为1440转/分钟, 经过变速箱3级减速传动到主轴为4.68转每分钟, 带动刀头转动。在2轴加电磁离合器, 当需要切换时, 电磁离合器吸合电机带动开关转动, 不通电时离合器断开, 特殊情况下, 可以手动转换开关。
(4) 刹车装置
当偏向开关切换到位后, 电机停止, 拨轮在机械惯性的作用下继续转动, 如果限位开关从拨轮的限位槽里脱开, 开关将会失去控制, 为了使限位开关不从拨轮的限位槽里脱开, 拨轮必须在电机停止后的6度的范围内停下。偏向开关主轴转动采用拨轮槽轮机构来实现, 在拨轮上安装了刹车装置, 当开关转动到位, 限位开关的滑轮进入拨轮的限位槽里, 刹车装置的摩擦力使转动的拨轮迅速停止转动。
(5) 控制转换系统
由中控机房对天线偏向开关输入合适的电控信号, 控制电机转动。电机经过3级变速带动槽轮机构转动。槽轮连接主轴, 拨轮带动槽轮使主轴转动, 这样固定在主轴上的上下两个转动臂转动, 切入到固定在框架上的输出触点。
(6) 整体框架部分
整体框架上下支架采用铝精密制造, 8根Φ35高频瓷棒用U型卡箍固定, 组成整体框架, 中间采用Φ50高频瓷棒作为主轴。上下支架外面用3mm厚铝盖板, 用5mm厚的聚四氟乙烯绝缘侧板。用Φ60紫铜棒为输入端连接主刀体, 输出端采用Φ28的紫铜管。
3 偏向开关的主要技术参数
(1) 频率范围 (B) :5-27MHz。
(2) 最大传输功率 (P) :550kW。
(3) 输入阻抗 (Zi) :150Ω。
(4) 输出阻抗 (Zo) :300Ω±5%。
(5) 驻波比 (VSWR) :≤1.10。
(6) 开关切换最大时间 (T) :15s。
4 偏向开关工作原理
天线场地偏向开关是天线匹配系统的重要组成部分, 输入特性阻抗为150欧姆, 输出特性阻抗为300欧姆, 最大可实现5个方向的相位切换。当天线要对不同的方向进行播出时, 由中控机房对偏向开关输入电控切换指令, 电控指令到达偏向开关, 开关完成切换动作, 向中控机房返回开关到位信号。这样发射机产生的短波的信号经过偏向开关后, 信号到达天线左右发射幕的相位发生了改变, 使信号从天线左右发射幕发射出去后的合成矢量信号的方向发生了变化, 即天线发射信号的主瓣的方向发生了变化, 从而实现了一副固定短波天线播出方向的偏移。
5 在使用过程中出现的问题及解决排除方法
天线偏向开关为室外开关, 在潮湿环境中, 尤其沿海地区含盐量大的恶劣环境下, 受到的影响较大。下面就开关在近2年使用中出现的几个主要问题提出改进方法。
(1) 铝材零件腐蚀问题
触点垫块、微动开关垫块、槽轮行程限位块等零件, 采用铝板加工而成。在海南, 天线区被腐蚀。设计加工时考虑铝材特性好加工, 不易生锈等优点, 但对海南的盐雾天气考虑不够, 在2011年海南降下有史以来最大的盐雾天气, 开关中的铝材零件大部分被腐蚀, 腐蚀后如同豆腐渣一样不能继续使用, 针对这种情况只能更换零件。将铝材零件更换成62黄铜件, 62黄铜不易生锈, 加工起来比较容易。经过更换, 目前开关工作状态良好。
(2) 螺栓生锈问题。
偏向开关中各个零件连接螺栓大部分已经生锈。在偏向开关中变速箱的连接螺栓, 上下主轴轴承盖连接螺栓, 基板的连接螺栓, 槽轮挡块的连接螺栓, 微动开关垫块的连接螺栓, 框架周围聚四氟板的连接螺栓等, 大部分采用的是煮黑内六角及镀锌外六角。在长期的潮湿环境中, 镀层慢慢脱落, 金属表面被腐蚀生锈。解决方法:一是把螺栓帽上锈层用砂纸磨去, 然后在螺栓帽上用毛笔刷防锈漆轻轻涂一点。再有更换螺栓换成304不锈钢材质, 更换螺栓一定注意不能使劲拧, 因为螺栓锈死后, 容易把螺栓帽拧圆而取不下来。遇到这种情况可以在螺栓上滴几滴机油或使用螺栓松动剂, 泡两个小时, 然后用锤子轻敲螺栓帽, 这样螺栓基本就可以轻松取下。如果不小心把螺帽拧圆了, 实在取不下来了用手锯或手砂轮切割片在螺帽上开槽, 使用一字改锥就可以取下螺丝。
(3) 刹车失灵问题
偏向开关在使用一定的时间后, 由于环境潮湿的影响, 刹车滑动块与导槽之间由于间隙较少且不经常运动, 导致刹车滑动块与导槽粘连在一起, 造成刹车滑动块不运动, 起不到刹车的效果。解决刹车失灵的方法很简单, 用一字改锥把导槽上的螺栓稍微松动一下, 在刹车块与导槽之间别动一下, 然后在刹车块与导槽间滴上几滴机油就可以了, 最好还是把刹车更换一下比较好, 用62号黄铜材质更换原来钢件, 效果会比原来更好。
参考文献
[1]李孝勖, 王洁澄, 车晴.广播电视技术手册—天线 (第7分册) .国防工业出版社.1995年8月.
天线偏向开关 篇3
1 偏向开关的控制系统
1.1 偏向开关的主要功能
偏向开关控制系统是通过控制偏向开关的转换角度来改变固定短波天馈线长度,即改变左右发射幕的电流相位差,从而改变天线主瓣的方位角,达到改变天线覆盖区域的目的。基于PLC控制的天线交换控制系统,根据指令13s内实现不同相位的转换,实现一副天线在不同时间里服务不同的区域。偏向开关用于改变天线方向,图1为偏向开关场地实物图。如图2所示,当开关处于2位置时,天线方向为主向,若主向角度为α,切换角度为β,则开关处于1、3位置时,角度分别为α-β、α+β。
1.2 天线交换控制系统
天线交换控制系统由开关控制系统和平转控制系统组成,开关控制系统具有自动、手动干预及手动应急控制,平转控制系统是由继电器接点组成的逻辑矩阵。开关控制系统由下位机PLC (可编程逻辑控制器)作为核心控制器,采集开关状态、天线高压状态及假负载联锁状态,并接受面板操作信号或上位机指令对射频开关进行操作,以实现发射机上不同天线的目的。开关控制系统硬件部分包括天线控制机柜和一台工控机,软件部分包括了安装于下位机PLC中的控制软件和安装于工控机的人机交互软件。
1.3 偏向开关的控制线路工作原理
偏向开关作为天线开关控制系统的执行机构,其运行受控于控制机构。同时,偏向开关的控制机构主要由室内偏向开关控制板、220V交流接触器、同轴电缆、场地开关控制线路等单元组成;执行机构主要由场地开关380VAC电机、离合器、微动限位开关等组成。下面主要介绍开关从主向切换到偏向和从偏向切换到主向的控制过程。
1.3.1 自动状态
(1)在自动状态下,控系统将根据上位机指令(或根据人工在上位机手动干预),自动切换射频开关,使发射机切换到正确的天线(含天线角度)上。控制线路作为开关控制系统的控制机构、场地开关作为开关系统的执行机构,其具体的工作原理下(以偏向开关K3为例):
当控制面板旋钮开关SK3C处于“自动”位置时,如图3所示,PLC首先从2A3板的TB7-7端得到24V的自动证实信号。该信号送至PLC,PLC根据上位机的工作指令,需要倒换天线时,首先断掉发射机的上高压连锁信号,然后发出0.2S脉冲信号控制2A3板的K31C、K32C、K33C、K34C等继电器,以实现偏向开关K3从主向切换到偏向(或从偏向切换到主向、偏向切换到偏向)。现以K3从主向(图3中pos3位置)切换到偏向(pos2位置)为例,具体的控制过程如下所示。
PLC首先断开送至发射机的天线联锁信号,使发射机断高压,然后输出信号使K31C得电动作后,其接点(12,8)接通,220V交流接触器KM3A动作,KM3A的三组主接点(T1,L1)、(T2,L2)和(T3,L3)接通,为场地开关电机M3提供380V交流电,场地开关电机逆时针(CCW)运转。电机转动时,其联动机构带动闸刀开关和微动开关触头同步转动,直至转到预定位置时,对应的微动开关S2的接点(5,7)接通,返回到位证实信号(220V)通过场地开关控制接线盒的7端送至2A板的TB1-2端。此时,K3AE吸合,其常闭接点(12,4)断开,则K31C随即释放,K31B的(12,8)也就断开,接触器KM3A释放,KM3A的三组主接点断开,M3电机停转。
继电器K3AE吸合的同时,另外一组常开接点(9,5)接通,首先给PLC送回到位证实信号;同时,又向天控柜显示板发出到位显示信号。PLC得到证实信号后,输出信号返回上位机,作为状态显示,并向发射机发出上高压联锁信号,发射机此时允许加高压。
1.3.2 手动状态
当天控柜控制设置为手动状态位置,上位机对下位机暂时失去控制作用,只有状态显示。下面以K3开关从偏向(α-β位置)倒换到主向(α位置)为例,其工作原理如下所示。
当按下天控柜控制面板的“电机电源”时,天控柜2A单元的所有继电器KJ都得电吸合。如图3所示,KJ1B动作后,其接点(10,6)接通,24V电压通过此接点,又通过K3AB的接点(10,6)(注:因为场地开关是从α-β位置位置切换到α位置,开关还没到位之前,K3A吸合,而K3B、K3C释放),送至K33C的13端。K33C得电动作后,接点(12,8)接通,220VAC送至交流接触器KM3B,该接触器得电吸合。KM3B吸合后,其三组主接点向场地开关电机M3送去反相的380VAC,电机顺时针(CW)转动。电机转动时,通过联轴的连接,闸刀开关和微动开关触头也随之作同步的转动,当场地开关转动到预定的位置后,微动开关S3的接点(5,8)接通,K3BC得电吸合。K3BC吸合后,其K3BE的常闭接点(12,4)断开,K33C失电释放,KM3B释放,场地开关电机M3停转。此外,K3BC吸合后,其接点(9,5)接通,通过TB7A为PLC送去到位证实信号,同时向天控柜显示板3A单元送去到位显示信号。
2 存在不足和改进措施
2.1 室外偏向开关跑偏
2.1.1 故障现象
自动模式下运行图或代播倒开关时,偏向开关有时到位后电机不停止,以致开关倒动过头,如图4所示。开关跑偏后,天控柜没有到位证实信号,天线到位联锁信号封锁,发射机无法加高压。开关跑偏后,自动手动控制模式均失效,为尽快恢复正常播音,必须做好安全措施后,进行手动强制切换,应急处理,加高压应急播出。
2.1.2 改进措施
(1)安装刹车装置。在偏向1、3位置的限位开关的上方安装刹车片,使开关转动到1或3偏向位置时,受到刹车片的阻力,开关很快停止,不至于跑偏。
(2)增加行程开关。在偏向开关的偏向位置各加装一个行程开关,加装的开关内部接点与相邻的原行程开关并联,在偏向开关线路中,当开关转到预定的偏向位置时,它们的常开接点都接通,同时向控制柜返回到位证实信号,电机停转。
2.2 控制线路设计不合理
开关到位证实信号过高,造成同芯电缆间存在很严重的干扰电。偏向开关的到位证实信号是220V的强电,电机需要倒动时工作电压为380V,包括地线共8线的同芯电缆,一同从天控柜送到场地开关。
以场地开关K3为例,用数字示波器测量对各条电缆进行测量,得出一系列的电压的数据,以5端为公共端,8端为到位证实信号端,电压值为230V,为正常值。而各条电缆线对地都存在一定频率的干扰电压。不同电缆的干扰电压不同,是因为同一根电缆的内部不同芯的排列位置不同,距离干扰源越近干扰电压越大。因此,开关电机在工作中电压不稳定,容易造成运行不匀速,导致开关脱位;此外,还出现几起线与线之间烧毁的事故,严重影响到发射机的正常播音。
改进措施:偏向开关的到位证实信号220VAC改用24VDC,型号为RU2S-DC24和RU4S-DC24,即公共5端改用低压直流电。
根据改进措施对控制线路进行技改,并进行试验,验证后发现开关干扰明显减小,改进后,各线端对地之间的电压基本为几十mV,接近0V的正常值,进一步提高了电机的正常运行以及控制线路的安全稳定;此外,利用低压控制高压的方式,从维护角度来说,也更加安全可靠。
2.3 软件设计存在的缺陷
(1)开关倒换过头时下位机检测不到证实信号后,不能通过上位机人机交互界面显示开关的不到位状态,且未给出报警信号及时提示值班人员,导致值班人员无法第一时间准确地判断故障点,只能通过天线控制机柜的面板指示灯判断是哪个开关不到位,降低故障处理效率、延长停播时间。改进措施:在天线控制系统的人机交互界面上提供18个场地开关的故障状态显示和声图报警,给予值班员最直观的故障提示。
(2)程序设计上没有记录电机之前的状态即正转、反转。改进措施:在开关超时未到位后,此时程序应判断电机倒换过头,应将电机设置为相反方向转动,尝试通过反方向转动再次让开关到位,并设置尝试的次数,以免出现除电机倒换过头之外的其它故障。
3 结语
受地理位置的影响,在空气潮湿的情况下,钢架、电缆容易受腐蚀、氧化,防腐工作也十分重要。总的来说,经过改进,偏向开关在工作过程中,故障率大大降低,为安全传输发射工作带来更加稳定可靠的保障。
摘要：本文先详细阐述开关控制系统中偏向开关的功能和控制原理,再介绍偏向开关控制系统存在不足,并对控制系统中的线路、软硬件做出一些改进措施。