中波天線調配網絡的設計

明 震

在無線電技術當中經常會遇到阻抗匹配的有關問題。阻抗匹配就是指信號在傳輸系統中，各環節之間存在特定的配合關系。阻抗匹配的意義就在于將信號源高質量、無損耗地傳輸到負載上，以實現傳輸效率最大化、系統運行穩定的目的。引申到中波發射系統中，發射機可以看作是信號源，饋線就是信號源的傳輸線，中波天線就是信號源的負載，那么在這個系統中首先要求發射機與饋線相互匹配，其次就是饋線與中波天線相互匹配，從而達到整個系統匹配。目前，國內外的中波發射機一般輸出阻抗均為50 Ω，市場上也可以直接購買到特性阻抗為50 Ω的饋線，這樣就可以直接將發射機和饋線相連接，而中波天線的阻抗往往不可能剛好是50 Ω的純電阻狀態，不能將饋線與天線直接相連接，這時就要求在饋線與天線之間增加一套阻抗匹配網絡，以使天線阻抗等于饋線特性阻抗。即該阻抗匹配網絡與天線相連接之后通過調節該阻抗匹配網絡器件參數以使該阻抗匹配網絡的輸入阻抗等于50 Ω。在這個系統中，發射機與饋線相互匹配，饋線與中波天線通過阻抗匹配網絡達到相互匹配，整個發射系統也就達到匹配了。這樣就可以保證中波天線獲得最大空間輻射功率，實現最大范圍的有效覆蓋，同時整個發射系統因幾乎無駐波電壓的出現達到整體穩定運行的目的。將在饋線與天線之間增加的這套阻抗匹配網絡稱之為天線調配網絡。天線調配網絡的設計方法和思路有多種，而這種通過串并聯相互等效轉換原理，再結合網絡的品質因素Q來設計并計算天線調配網絡的方法更加容易理解和掌握，下面就此方法展開論述。

1 電容、電感的電抗值計算

在天線調配網絡中起阻抗匹配作用的主要器件就是電容和電感。電容的電抗叫做容抗，電感的電抗叫做感抗。

電感的感抗計算公式為：

2 串、并聯電路相互等效轉換公式的推導

如圖1所示，RP和XP并聯，RP為電阻，XP為電抗（可以是容抗也可以是感抗），此處定義XP為感抗予以計算。

圖1 并聯電路

將并聯計算展開：

（2）式可以理解為是實部和虛部兩部分串聯組成，設RS為實部，XS為虛部，則（2）式可以表示為：

可以用圖2電路圖表示（3）式，則圖2與圖1相互等效。

圖2 串聯電路

由（2）式和（3）式可得出：

將（4）式和（5）式代入并聯品質因數公式：

最后提出來的一個問題：“公共財政究竟離我們有多遠”？我們說究其本質，公共財政是一個民主財政，是一個控權財政，如果說人民對政府的公權力沒有辦法得到監督和制約，我們的人大機關不能有效的形式對預算的監督權、否決權的話，那么我們想公共財政的問題依然沒有辦法解決，所以說，我們最后對我國公共財政建設的一個認識就是任重而道遠。感謝各位老師。

從以上的推導結果，可以得到如下關系式：

3 串、并聯等效轉換公式在阻抗匹配網絡當中的應用

在一個阻抗匹配網絡中，可以利用上述串并聯相互等效轉換公式來計算匹配網絡所需器件的參數。假設有兩只不同的電阻RP和RS（RP＞RS），要求在這兩個電阻之間加一阻抗變換四端網絡，使這兩只電阻相互匹配，即讓四端網絡的輸入阻抗等于RS，輸出阻抗等于RP。如圖3所示，只需要分別計算出XP和XS的參數就可以了。因為RP＞RS，所以采用“倒Γ”的網絡形式。

圖3 阻抗變換四端網絡

根據串并聯相互轉換公式，先求出網絡的品質因數：

因為要使網絡兩端達到匹配，XP和XS必須采用相反的電抗才可以。所以，將符號考慮進去，得到：XS=±QRS，

當XS取容抗時，XP必須為感抗；反之當XS取感抗時，XP必須為容抗。

4 天線的調配

天線的調配從本質上講就是一種阻抗匹配的工作，以某臺單塔天線為例，運用以上推導的公式，說明天線的調配過程。

已知某電臺頻率f0＝747 kHz，天線阻抗ZA=15-j30=RA-jXA，饋線的特性阻抗W=50Ω，現在要通過阻抗匹配網絡使天線阻抗與饋線特性阻抗相互匹配。因為W＞RA，所以采用“正Γ”匹配網絡，并臂電抗XP應在饋線端，而串臂XS應接在天線端，如圖4所示。

圖4 阻抗匹配網絡

根據以上推導公式：

則XS=X'S+XA=j(22.95+30)=j52.95Ω（感抗）

再由電感電容的電抗公式分別求得電感LS和電容CP為：

5 天線調配網絡的測試與調整

上面通過利用串并聯等效轉換公式的方法得到了天線調配網絡各器件的參數，按其結果來組裝調配網絡，再接上天線與饋線（按圖4連接），但是往往并不一定能達到預期的效果。也就是說，并不一定能得到良好的或者滿意的匹配。這是由于在安裝時，存在著無法預估的分布電容和引線電感，以及電容自身容量的誤差，所以其結果并不一定能完全令人滿意。所以，安裝完畢以后，還要對系統作一次較為仔細的調整，使其盡量接近預料的結果，達到理想的匹配。

在調配網絡按計算結果組裝完成以后，用阻抗電橋（最好是用矢量阻抗儀或網絡分析儀等）在調配室的饋線窗口處將饋線甩開，測試網絡輸入端的輸入阻抗，通過反復交替調整XP和XS的方法使其輸入阻抗等于或盡可能接近饋線的特性阻抗，此時天線調配網絡的測試與調整才完成。

6 天線調配網絡的考驗

調配工作結束以后，就是實際加功率考驗了。將發射機的功率逐步加到饋線上，在加功率的同時要分別觀察調配網絡及發射機，看在加功率的過程中有何異常反映，直至加到滿功率，若無異常的情況下接下來逐步加上調幅直至m＝1，再將調幅退至m在0.35～0.5，連續工作半小時后，關機進調配室摸溫，檢查電感電容的溫升情況，如無異常再試播音。在第一次長時間試播之后，應再次關機立即進行摸溫檢測，如無異常，詳細記錄調配網絡所使用器件的參數并歸檔，以備日后維護時作為參考，至此調配工作才算結束。

7 結語

中波天線匹配網絡性能的優劣直接關系發射機的發射效果，以及發射機的穩定性。往往天線匹配網絡設計要綜合考慮眾多因素，如多頻共塔、天線之間的串擾、網絡器件的功率容量等。這就對網絡設計者提出了更高的要求，廣大廣電技術工作者只有通過不斷探索實踐，從基礎理論出發，拓展設計思路，才能設計出更為理想的方案。

[1]何大中,章之儉.廣播電視技術手冊[M].北京:國防工業出版社,2011.