雙頻共塔的預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

■文/劉 劍

雙頻共塔的預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

■文/劉 劍

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，為解決中波廣播發(fā)射臺，占地面積大，節(jié)約土地資源，提高廣播發(fā)射塔使用效率，可采用多頻共塔的發(fā)射方式，本文主要介紹雙頻共塔的預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

中波廣播；雙頻共塔；預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)

1.預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的工作原理

中波廣播發(fā)射臺廣播節(jié)目不只一套時(shí)，為了節(jié)約資源和成本，可考慮天線的雙頻共塔，即以一副天線同時(shí)發(fā)射不同頻率的兩套節(jié)目。一般要求這兩個(gè)頻率的間隔要滿足：f1/ f2≥1.25。此時(shí)除需要兩個(gè)頻率各自的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)外，還要分別串聯(lián)一套阻塞網(wǎng)絡(luò)，以防止兩部發(fā)射機(jī)之間的串?dāng)_，見圖1所示。

圖1 預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的阻抗換

雙頻共塔頻率的天線復(fù)數(shù)阻抗分別為 ZA1和 ZA2， ZA1的阻抗圓直徑為， ZA2的阻抗圓直徑為串聯(lián)電抗元件 X01后，輸入阻抗變?yōu)?ZB1和 ZB2，阻抗圓直徑變?yōu)镺B1和 OB2。并聯(lián)電抗元件 X02后，分支點(diǎn)的輸入阻抗 ZC1、 ZC2的阻抗圓直徑不變，即：

根據(jù)阻塞網(wǎng)絡(luò)的視在功率最小值公式，加預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)后的最小視在功率之和與阻抗圓直徑的平方根成正比，與阻抗的電阻分量的平方根成反比。故可通過選擇預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)元件的性質(zhì)和數(shù)值，減少阻抗圓直徑和增大阻抗的電阻分量，來達(dá)到降低最小視在功率之和的目的，使 OB1＜ OA1或使 OB2＜ OA2，使RC1＞ Ra1或 RC2＞ Ra2。

從圖1中可看出：天線對頻率f1和 f2放入阻抗在OA點(diǎn)分別為 ZA1= Ra1+Xa1，ZA2=Ra2+Xa2。串聯(lián)電抗元件 X01后，OB點(diǎn)輸入阻抗變?yōu)椋篫B1=RB1+XB1，ZB2=RB2+XB2。并聯(lián)電抗元件 X02后，OC點(diǎn)輸入阻抗分別為： ZC1=RC1+XC1， ZC2= RC2+XC2。

天線阻抗 ZA1和 ZA2的阻抗圓直徑為 OA1和 OA2，串聯(lián)電抗元件 X01后在OB點(diǎn)變?yōu)?OB1、 OB2，并聯(lián)電抗元件 X02后在OC分支點(diǎn)的輸入阻抗 ZC1、 ZC2的阻抗圓直徑不變。

串聯(lián) X01后 OB1=OB2,并聯(lián) X02后說明兩抗阻模值相等，實(shí)部電阻相等，虛部電抗絕對值相等。當(dāng)兩發(fā)射機(jī)功率 P1=P2時(shí)，塔底電壓相等，達(dá)到了降低雙工網(wǎng)絡(luò)的視在功率之目的。

2.計(jì)算串聯(lián)X01元件值

根據(jù)串聯(lián) X01后兩頻率的阻抗圓直徑相等的要求，計(jì)算串聯(lián) X01電抗值，使兩頻率阻抗由 ZA變?yōu)?ZB，使阻抗圓直徑由OA變?yōu)镺B，見圖2所示。

圖2 計(jì)算串 01X 元件值

由 OB1=OB2得：

式中， X011和 X012分別為 X01對頻率 和 f2呈現(xiàn)的電抗值。

當(dāng) X01為電感L時(shí)， X011＞ 0是感抗， X012＞ 0是感抗，X012=t2·X011（t2＞1）， X012＞ X011。

對較高頻率 f2的感抗 X012比對較低頻率 f1的感抗 X011大，即：

當(dāng) X01為電容C時(shí)， X011＜ 0是容抗， X012＜ 0是容抗，X012=t1·X011（t1＜1）， X012＜ X011。

對較高頻率 f2的感抗 X012比對較低頻率 f1的感抗 X011小，即：

若把感抗 X012=t2·X011或容抗 X012=t1·X011帶入公式，計(jì)算公式僅剩下 X011或 X012一個(gè)未知數(shù)，可解出 X011或 X012，由X012=t2·X011（串 X01為電感時(shí)）或 X012=t1·X011（串 X01為電容時(shí)），求出 X011或 X012的另一個(gè)值。上式求解可得出 X011和 X012的2個(gè)解，分別算出對應(yīng)的ZB1=Ra12+（Xa1+X011）2，ZB2=Ra22+（Xa2+X012）2，且OB1=OB2，兩阻抗圓直徑相等，選阻抗圓直徑 OB1和 OB2小（OB1＜OA1，OB2＜OA2）的那一組數(shù)據(jù)的 X011和 X012，算出 ZB1和ZB2。

3.確定并聯(lián)元件X02元件值

按照并聯(lián) X02后兩工作頻率的并聯(lián)導(dǎo)納值相等，計(jì)算并聯(lián)元件 X02的大小。并聯(lián) X02后，X02對頻率 f1呈現(xiàn)的電抗 X02（1電納 b021），與天線對頻率 f1的電抗和 X011串聯(lián)又串化并后的電抗 XBp1（電納 bBp1）并聯(lián)； X02對頻率 f2呈現(xiàn)的電抗 X022（電納b022），與天線對頻率 f2的電抗和 X012串聯(lián)又串化并后的電抗XBp2（電納 bBp2）并聯(lián)，它們并聯(lián)后的導(dǎo)納絕對值應(yīng)相等：

式中， GBp1是 Ra1串化并后電阻 RBp1的電導(dǎo)， GBp2是 Ra2串化并后電阻 RBp2的電導(dǎo)，串化并后 RBp1=RBp2。

并聯(lián)電路再并化串到OC點(diǎn) ZC時(shí)，兩頻率的復(fù)數(shù)阻抗模值（絕對值）相等（），實(shí)部電阻相等（ RC1=RC2），虛部電抗模值相等（）。

串聯(lián) X01使兩頻率天線阻抗的實(shí)部電阻 Ra1和 Ra2串化并值在OB點(diǎn)相等（ RBp1=RBp2， RBp1=Ra1串化并， RBp2=Ra2串化并），但串化并后兩頻率的虛部電抗并不相等，并聯(lián) X02對頻率f1的電抗X021（電納 b021）和對頻率 f2的電抗 X022（電納 b022）大小不同。串 X01后兩頻率的虛部電抗串化并后在OB點(diǎn)的電抗性質(zhì)相同時(shí)，選擇并聯(lián)元件 X02的電抗性質(zhì)與之相反。因?yàn)槭前凑諆晒ぷ黝l率串化并后的阻抗和并聯(lián) X02后的導(dǎo)納值相等計(jì)算出X02的大小，串化并后電抗值 XBp較小、電納值 bBp較大的頻率，并聯(lián)的導(dǎo)納 b021（或 b022）較大，并聯(lián)回路的電納值Y減小得較多，使電抗值XBp增加得多，最后在并化串使虛部電抗值較小的增加。

對串化并后電抗值 X 較大、電納值 b較小BpBp較小的頻率，并聯(lián)的導(dǎo)納 b022較小，并聯(lián)回路導(dǎo)納值Y減小得較少，使電抗值XBp減少的較多最后再并化串使虛部電抗值 XBp較大的減小。兩頻率虛部電抗值同性質(zhì)時(shí)，并 X02后虛部電抗值較小的增加，虛部電抗值較大的減少。由于是按兩頻率導(dǎo)納的絕對值相等計(jì)算出來的 b021和 b022，兩頻率阻抗并 X02后，在OC點(diǎn)的并聯(lián)導(dǎo)納絕對值相等，再并化串到 ZC時(shí)兩頻率阻抗的模值相等。串 X01后，兩天線阻抗的實(shí)部阻抗串化并值相等，并聯(lián) X02后它們的虛部電抗絕對值也一樣大，再并化串到OC點(diǎn) ZC時(shí)，兩頻率的實(shí)部電阻相等，虛部電抗的模值相等。

當(dāng)兩頻率阻抗串化并后在OB點(diǎn)的虛部阻抗 XBp1（電納bBp1）和 XBp2（電納 bBp2）性質(zhì)相反時(shí)，選擇并聯(lián)元件 X02的性質(zhì)與虛部電抗 XBp1或 XBp2中較小的電抗 XBp、較大的電納 bBp（）性質(zhì)相反，計(jì)算出 X 的電納 b 或b ，與02021022較小的電抗 XBp、較大的電納并聯(lián)，使較小的電抗并聯(lián) X02的電納 b021（或 b022）后，并聯(lián)電納Y減小，并聯(lián)后的電抗 XBp增加使虛部電抗 XBp值中較小的增加。

選擇并聯(lián)元件 X02的性質(zhì)與虛部電抗 XBp1或 XBp2中較大的電抗 X 、較小的電納 b性質(zhì)相同，計(jì)算BpBp出 X02的電納 b021或 b022，與較大的電抗 XBp1或 XBp2、較小的電納 bBp1或 bBp2并聯(lián)，使并聯(lián)電路的電納值Y增加，轉(zhuǎn)換為阻抗時(shí)虛部電抗 XBp值中較大的電抗值減小

天線對兩頻率的復(fù)數(shù)阻抗和 X01串聯(lián)后再串化并，使兩頻率的實(shí)部電阻相等（ RBp1=RBp2， RBp1=Ra1化并串化并， RBp2=Ra2串化并），也就是兩頻率在OB點(diǎn)的阻抗圓直徑相等。并聯(lián) X02后，使虛部電抗值小的得到了增加，虛部電抗值大的進(jìn)行了減少，并聯(lián) X02使兩頻率的虛部電抗值在OC點(diǎn)的絕對值也相等，它們再并化串到OC點(diǎn) ZC后，兩阻抗模值相等（），其中實(shí)部電阻相等（ RC1=RC2），虛部電抗值相等 XC1=XC2（并化串后同性質(zhì)時(shí)）或絕對值相等（并化串后反性質(zhì)時(shí)）。

也可從天線對兩頻率的實(shí)部電阻 Ra選擇并聯(lián) X02的性質(zhì)，實(shí)部電阻 Ra小的串化并后的 RBp電阻增加得多，使它等于另一個(gè)頻率 Ra的串化并值 RBp（ RBp1=RBp2），選擇 X02的性質(zhì)與實(shí)部電阻 Ra小的頻率串 X01后虛部電抗串化并后的電抗性質(zhì)相反。這是因?yàn)椋簩?shí)部電阻 Ra小的頻率串 X01后較大的提升了串化并電阻 RBp，實(shí)部電阻 Ra大的頻率串 X01后較小的提升了串化并電阻 RBp，使它們串化并后的實(shí)部電阻相等（ RBp1=RBp2）、也就是說，串 X01后兩頻率的阻抗圓直徑相等，但兩頻率虛部電抗的串化并值并不相等，必然是實(shí)部電阻小的虛部電抗值較小，實(shí)部電阻大的虛部電抗值較大，才使它們串化并后的RBp1=RBp2。選擇 X02的性質(zhì)與實(shí)部電阻 Ra小的頻率的串化并后的虛部電抗性質(zhì)相反，使實(shí)部電阻 Ra小和虛部電抗值小的頻率并聯(lián) 后虛部電抗值增加fffff5

02

選擇 X02的性質(zhì)實(shí)部電阻 Ra大的頻率的串化并后的虛部電抗性質(zhì)相同，就加大了部電阻 Ra大的虛部電抗并聯(lián)后的電納值Y，使實(shí)部電阻 Ra大和虛部電抗值大的頻率并聯(lián) X后虛部電抗值Bp減小02

并聯(lián) X02，使天線虛部電抗和 X01串聯(lián)電抗串化并后的電抗值 XBp大的減小，虛部電抗 XBp小的加大，它們再并化串到OC點(diǎn)時(shí)，2個(gè)頻率的阻抗模值 ZC相同，實(shí)部阻抗相等（ RC1=RC2），虛部電抗模值相等（）。并聯(lián) X02對頻率 f1呈現(xiàn)的電抗值 X021和對頻率 f2呈現(xiàn)的電抗值 X022不一樣，對頻率 f1呈現(xiàn)的電抗值 X021，與串聯(lián) X01對頻率 f1的電抗 X011和天線對頻率 f1電抗的串化并值并聯(lián)，最終得出ZC1的等效阻抗。對頻率 f2的電抗 X022，與串聯(lián) X01對頻率f2的電抗 X012和天線對頻率 f2電抗的化并值并聯(lián)，最終得出 ZC2的等效阻抗。因?yàn)橛脙深l率阻抗圓直徑在OB點(diǎn)相等（OB1=OB2）計(jì)算出的 X01，又用2個(gè)頻率在OC點(diǎn)的導(dǎo)納模值相等（）計(jì)算出的 X02，這2個(gè)頻率的天線阻抗轉(zhuǎn)換到OC點(diǎn)后，實(shí)部電阻 RC1和 RC2相等，復(fù)數(shù)阻抗的模值也一樣大，使虛部電抗的絕對值也相等，只不過虛部是不同性質(zhì)的感抗或容抗，從而降低了雙工網(wǎng)絡(luò)的視在功率，也為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的匹配設(shè)計(jì)帶來了方便。

[1]劉洪才，李天德，李棟等．廣播發(fā)射與衛(wèi)星傳輸理論基礎(chǔ)[M]．中國廣播電視出版社，2002．

[2]謝蘇漢．DX中波發(fā)射機(jī)與天饋線網(wǎng)絡(luò)[M]．陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2013．

（作者單位：寶雞廣播轉(zhuǎn)播臺）

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1671-0134（2016）12-051-03

10．19483/j．cnki．11-4653/n．2016．12．018