中波天線匹配網(wǎng)絡(luò)中基于預調(diào)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建濾波器消除臨頻干擾

方　萍，張文學，桂傳友

（1.安徽廣播電視臺 池州發(fā)射臺，安徽 池州 247000；2.池州學院 機電工程學院，安徽 池州 247000）

中波天線匹配網(wǎng)絡(luò)中基于預調(diào)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建濾波器消除臨頻干擾

方萍1，張文學1，桂傳友2

（1.安徽廣播電視臺 池州發(fā)射臺，安徽 池州 247000；2.池州學院 機電工程學院，安徽 池州 247000）

通過對預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的綜合處理，在中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中引入濾波器，僅用很少的元器件，就實現(xiàn)了對多個臨頻干擾的消除。因此，不但節(jié)約了大量的網(wǎng)絡(luò)元件，網(wǎng)絡(luò)的安裝和調(diào)試工作非常簡便。而且整個網(wǎng)絡(luò)消除臨頻干擾的效果非常好，工作也很穩(wěn)定，不受季節(jié)、溫度的影響。

預調(diào)網(wǎng)絡(luò)；臨頻干擾；高通網(wǎng)絡(luò)

通常在設(shè)計中波天線的匹配網(wǎng)絡(luò)時，尤其是在多頻共塔的情況下，預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的作用就更顯得重要。合理地設(shè)置預調(diào)網(wǎng)絡(luò)，可以提高網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標，降低有關(guān)元件的功率容量，增加網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。同時預調(diào)網(wǎng)絡(luò)還兼有防雷的用途。

在單頻單塔發(fā)射時，由于網(wǎng)絡(luò)簡單，容易達到匹配效果，對于預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的作用，通常容易被忽視。一般也就是加一電感接地，再串聯(lián)一電容和匹配網(wǎng)絡(luò)進行連接。預調(diào)網(wǎng)絡(luò)更多的是從防雷考慮。

如果鐵塔周圍存在臨頻干擾，對干擾頻率的處理，通常是另加網(wǎng)絡(luò)，或者采取阻塞或者采取泄放的方式進行處理。這樣做，方法簡單，視干擾的頻率的多少，需要增加若干阻塞或者泄放網(wǎng)絡(luò)。

1　傳統(tǒng)的處理方式遇到的問題

目前，對于臨頻干擾，傳統(tǒng)的通行做法是點對點的處理。就是說，對于每一個干擾頻率，設(shè)置一條泄放通道，或是一個阻塞環(huán)節(jié)。有幾個干擾頻率，就需要設(shè)置相應數(shù)量的泄放通道或是阻塞環(huán)節(jié)。然后，為了避免對工作頻率產(chǎn)生影響，還要對工作頻率進行阻塞或是暢通。因此，如果干擾的頻率比較多的話，就需要多套這樣的網(wǎng)絡(luò)。這又會導致消除干擾的網(wǎng)絡(luò)過于龐大，對整個匹配網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標造成不利的影響。通常情況下，在一個通道上的阻塞或泄放網(wǎng)絡(luò)一般不要超過三個。

我臺共有三部鐵塔，一號塔是兩部十千瓦，頻率是756Khz和936Khz，二號塔也是兩部發(fā)射機共塔發(fā)射，頻率分別是603Khz（功率十千瓦）和1395Khz（功率三千瓦），三號塔是單頻發(fā)射，頻率是864Khz，功率是十千瓦。最近，我臺對共塔系統(tǒng)進行了一些調(diào)整，將864 Khz和1395 Khz兩頻對調(diào)，1395 Khz發(fā)射機在三號上單頻發(fā)射。

由于三號塔距離二號塔很近，不過50-60米，與一號塔的距離也不過100多米。發(fā)射機的功率越小，抗干擾的能力越差?？梢韵胂?，這四部十千瓦發(fā)射機的發(fā)射功率對三千瓦的1395 Khz的干擾是非常大的。因此，在設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)時，必須考慮對這四個干擾頻率采取適當?shù)姆绞竭M行消除。

如果采用常規(guī)的阻塞和泄放的方式，那么就需要五套諧振網(wǎng)絡(luò)，如下圖1所示，整個匹配網(wǎng)絡(luò)就變得很龐大了。

圖1　四個干擾頻率下單頻發(fā)射

圖1中，考慮到單一通道內(nèi)阻塞或泄放網(wǎng)絡(luò)數(shù)量不能過多，通常只能采用圖1（b）。無論圖1（a）或（b）中，由于元件數(shù)量較多，不但調(diào)試和維護難度大，消除臨頻干擾的效果不夠理想，而且網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和頻率曲線也較差，網(wǎng)絡(luò)的成本也較高。

2　濾波器的引入

由于傳統(tǒng)的處理方式，在處理本案例時，存在上述弊病，我們試圖尋找新的辦法。通過對干擾頻率的具體分析，發(fā)現(xiàn)了一個特性，就是所有四個干擾頻率都是來自于低端，頻率都比工作頻率低。同時，考慮到預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的電感是可以直接對地連接的，恰好可以改造成高通網(wǎng)絡(luò)，使得該網(wǎng)絡(luò)在兼有預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的功能的同時，適當選取網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，使得干擾頻率處于截止頻率一下，使得該網(wǎng)絡(luò)具有消除低端的干擾頻率的能力。

3　預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的綜合處理及元件的選擇

下圖2所示即為預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的常見形式之一。

圖2　 預調(diào)網(wǎng)絡(luò)

L0、C01兼有防雷作用。同時從外形來看，L0、C01又是一個高通網(wǎng)絡(luò)形式，對低頻有一定的過濾效果。因此可以利用它對一些干擾頻率進行過濾。

我們正在設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)射（工作）頻率為1395Khz，而干擾頻率分別是603 Khz、756 Khz、864 Khz、936 Khz。它的干擾頻率恰巧都集中在低端，即干擾頻率低于發(fā)射頻率。因此，在設(shè)計時，正好利用預調(diào)網(wǎng)絡(luò)的這種高通特性，選擇合適的截止頻率，有針對性的進一步加強對有關(guān)低頻的過濾作用，從而達到兼有消除低端臨頻干擾的功能。

將圖2按照高通網(wǎng)絡(luò)來考慮，根據(jù)公式

將它的截止頻率定在1000khz左右，正好涵蓋603 Khz、756 Khz、864 Khz、936 Khz這些干擾頻率，阻止它們串饋到發(fā)射機。

后來的實踐證明，該網(wǎng)絡(luò)對于干擾頻率603 Khz、756 Khz、864 Khz的過濾已經(jīng)足夠。但是對于936 Khz來說，由于936 Khz的頻率距離截止頻率1000khz很近，圖2對936khz的過濾能力很有限，導致936khz對1395 Khz的串擾還是明顯的存在。

如果提高截止頻率，以增加對936 Khz的過濾能力，可是當截止頻率過于接近發(fā)射頻率時，顯然對發(fā)射頻率也是很不利的。因此在綜合考慮之下，為了進一步加強對936 Khz的濾除作用，在此基礎(chǔ)之上，再增加一級二階高通網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

圖3　二階高通網(wǎng)絡(luò)

并將截止頻率略微上移到1100khz附近，陷波點設(shè)在900khz，兼顧對864 Khz和936 Khz的過濾。

按照LC濾波器歸一化設(shè)計理論，根據(jù)公式

其中，fc為截止頻率，fr為餡波頻率，Z0=1。先設(shè)計出如下圖4所示的歸一化的低通濾波器。

圖4　二階低通濾波器

然后，按照歸一化理論，將上圖中的電容和電感進行置換，數(shù)值倒置，轉(zhuǎn)換成我們所需的歸一化的高通網(wǎng)絡(luò)。然后，按照特征阻抗為50Ω，截止頻率1100Khz進行變換，最終得到如上圖3所示網(wǎng)絡(luò)中各元器件的相應數(shù)值。

最后，將圖2和圖3兩者串聯(lián)，等效于圖5。

實踐表明，通過加入圖3所示網(wǎng)絡(luò)之后，在消除其它干擾頻率的基礎(chǔ)上，936 Khz對1395Khz的干擾也被徹底消除。

圖5　將預調(diào)網(wǎng)絡(luò)改造成高通網(wǎng)絡(luò)

圖5中，電容C0的容量為圖2中的C01和圖3中的C02串聯(lián)后的等效容量。由于天調(diào)網(wǎng)絡(luò)對濾波器的參數(shù)要求相對比較寬泛，因此，為了兼顧電容器件的選擇，包括特征阻抗、截止頻率fc、餡波頻率fr都可以在一定范圍內(nèi)微調(diào)，以便兼顧選擇到合適的電容C01和C02，使得C0的容量易實現(xiàn)。

以上涉及到的計算很復雜，特別是在兼顧電容的選擇時。我們可以利用excel的計算功能，很容易來完成上述的復雜計算，并能很方便地為C0選到合適的電容量。

圖6　消除4個干擾頻率的單頻發(fā)射網(wǎng)絡(luò)（圖中L2、L3和C2構(gòu)成T型匹配網(wǎng)絡(luò)）

經(jīng)過這樣處理之后，上述4部十千瓦的干擾頻率全部被過濾，它們的開關(guān)、機對1395沒有絲毫影響，1395發(fā)射機自身的工作狀態(tài)也很穩(wěn)定。整個濾波和匹配網(wǎng)絡(luò)如下圖6所示，和圖1相比，結(jié)構(gòu)變得非常簡潔。

4　結(jié)語

濾波器在中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中幾乎沒有使用的先例，因此本案例是一個很好的應用實例。在中波天線的匹配網(wǎng)絡(luò)中引入濾波器，拓寬了解決臨頻干擾的方法。相對于傳統(tǒng)的“點對點”的消除干擾的方式，用濾波器來消除臨頻干擾，效率更高。同時，結(jié)合預調(diào)網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建濾波器，元件的使用效率更高。以本文所涉及的案例來說，消除這四個十千瓦干擾頻率的成本僅僅是增加了一個電感和一個電容。而傳統(tǒng)的利用阻塞和泄放網(wǎng)絡(luò)來消除臨頻干擾的辦法，對應每一個干擾頻率，至少需要兩個元器件（一個電容，一個電感），考慮到有的電容器件需要通過組合的方式才能實現(xiàn)，排除四個干擾頻率，至少需要8到10個元器件。我們知道，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的元器件，需要的功率都很大，每一個元器件都很昂貴。

因此，我們對傳統(tǒng)的預調(diào)網(wǎng)絡(luò)進行改造，引入濾波器的概念，來“批量”處理近頻干擾的問題，效率高。不僅減少了大量電感和電容，降低了網(wǎng)絡(luò)的造價。更重要的是，使用元器件減少以后，網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試和維護更簡便，而且網(wǎng)絡(luò)指標更好，網(wǎng)絡(luò)自身工作也更加穩(wěn)定。

［1］森榮二.LC濾波器設(shè)計與制作［M］.薛培鼎，譯.北京：科學出版社，2006.

［2］張丕灶.全固態(tài)中波發(fā)射系統(tǒng)調(diào)整與維修［M］.廈門：廈門大學出版社，2007.

［3］呂堯琦.漫談接收機的干擾和抗干擾接收［J］.中國公共安全（學術(shù)版），2006（4）：121-125.

［4］葉圣陶，王貴金，周超.DX發(fā)射機駐波比保護故障分析與調(diào)整［J］.視聽界（廣播電視技術(shù)），2014（3）：92-94.

［責任編輯：余義兵］

TN83

A

1674-1102（2016）03-0067-03

10.13420/j.cnki.jczu.2016.03.0016

2016-01-11

安徽教育廳自然科學研究項目（KJ2013B175）。

方萍（1970-），女，安徽池州人，安徽廣播電視臺池州發(fā)射臺工程師，主要從事無線電發(fā)射工作；張文學（1966-），男，安徽池州人，安徽廣播電視臺池州發(fā)射臺高級工程師，主要從事無線電發(fā)射工作。