三項(xiàng)措施攻克小天線低頻率難題

鄭 謙 孫婉琳

1 緣由

近年來新建中波發(fā)射天線以自立塔小天線居多，但自立塔小天線也有不足之處，就是其在低頻率時天線特性阻抗不理想，往往是實(shí)部太小，虛部太高。天線阻抗隨季節(jié)、溫度等變化較大，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)工作不穩(wěn)定。還有其高Q值引起的后果是頻帶太窄，容易造成發(fā)射機(jī)的VSWR保護(hù)，嚴(yán)重時損壞發(fā)射機(jī)。對播出質(zhì)量和“三滿”有影響。

在筆者接觸的實(shí)際工作中，小天線和低頻率無法巧妙地避免。如，某中波臺采用的是48m加頂自立塔天線，發(fā)射機(jī)為PDM 3 kW，頻率603 kHz，發(fā)射機(jī)廠家來人安裝新發(fā)射機(jī)和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過多日的安裝調(diào)試，發(fā)射機(jī)始終不能正常工作，后又陸續(xù)來人調(diào)試故障依舊，即在沒有加音頻信號時，可以滿功率開機(jī)，加上音頻信號后就出現(xiàn)反射功率過大，VSWR駐波保護(hù)，頻繁關(guān)機(jī)，降低發(fā)射功率后稍有改善，減小輸入音頻信號后也有所好轉(zhuǎn)，發(fā)射機(jī)功率只能加到幾百瓦。因過保修期，主管部門組織技術(shù)人員從簡單易行、省時省費(fèi)用的角度出發(fā)來攻克這個難題。

2 Q值相匹配

改發(fā)射機(jī)高頻末級輸出網(wǎng)絡(luò)，增加二階帶通濾波器的Q值。發(fā)射機(jī)的高頻末級輸出網(wǎng)絡(luò)，采用的是低Q值、寬帶寬設(shè)計，越是低端頻率工作的發(fā)射機(jī)越是對帶寬的要求越高。發(fā)射天線也應(yīng)是寬帶的，但是這里的發(fā)射天線是48m的小天線，測天線阻抗，實(shí)部為11Ω，虛部為-j110Ω，根據(jù)。，可知Q值很高。發(fā)射機(jī)的低Q值和發(fā)射天線的高Q值兩者不匹配。造成已調(diào)制信號的邊頻帶功率轉(zhuǎn)換成了反射功率，VSWR駐波會明顯上升。

解決的辦法是讓兩者的Q值接近、相匹配。發(fā)射天線的Q值是由天線的高度和發(fā)送的頻率決定的，也就是說天線的Q值不可變，只能是升高發(fā)射機(jī)的Q值。升高發(fā)射機(jī)的Q值會帶來發(fā)射機(jī)的輸出頻帶帶寬不足，音質(zhì)下降。兩害相比取其輕，只能先保證發(fā)射機(jī)正常開機(jī)。

發(fā)射機(jī)二階帶通濾波器原理，如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)二階帶通濾波器原理

把C1閑置兩個不用，增加L1電感量，調(diào)節(jié)使C1和L1串聯(lián)諧振于603 kHz（0-j5最佳）。C2閑置兩個不用，增加L2電感量，調(diào)節(jié)L2的上卡頭，使L2和C2并聯(lián)諧振。注意：串聯(lián)電路介入并聯(lián)電路中的位置也應(yīng)調(diào)整，如圖1中A點(diǎn)的位置。如果增加L2的電抗后不調(diào)整A點(diǎn)。開機(jī)后輸出功率會變大，容易引起功放板損壞。包括三次諧波濾除電路在內(nèi)，對發(fā)射機(jī)的高頻輸出網(wǎng)絡(luò)重新統(tǒng)調(diào)一遍。就是發(fā)射機(jī)不通電，用網(wǎng)絡(luò)分析儀冷調(diào)，冷調(diào)結(jié)束后，發(fā)射機(jī)通電熱調(diào)。熱調(diào)主要是調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)面板上設(shè)置的“調(diào)整”“調(diào)諧”?！罢{(diào)諧”主要是調(diào)虛部?！罢{(diào)整”是調(diào)實(shí)部。反復(fù)調(diào)節(jié)讓入射功率最大，反射功率最小。開發(fā)射機(jī)試驗(yàn)，功率可以加到2.5 kW以上，隨輸入音頻信號的變化，反射功率指示表有擺動，VSWR不保護(hù)，能正常播出。

3 埃爾米特對稱

利用埃爾米特對稱技術(shù)降低VSWR。在發(fā)射機(jī)VSWR電壓、電流取樣處用網(wǎng)分觀察后發(fā)現(xiàn)，只需順時針旋轉(zhuǎn)45°即可呈現(xiàn)埃爾米特對稱。做一套T型移相網(wǎng)絡(luò)即可。在做移相網(wǎng)絡(luò)前先看一看發(fā)射機(jī)的T型網(wǎng)絡(luò)有沒有利用的可能。測三次諧波濾除電路在載頻時的數(shù)值為-j75，估算移相為40°。如果改造成移相90°左右，就可以多移相40o多。改變?nèi)沃C波濾除電路中的電容量。重新統(tǒng)調(diào)看史密斯圓圖，埃爾米特對稱完美呈現(xiàn)。埃爾米特對稱時史密斯圓圖，如圖2所示，并根據(jù)圖2制作了表1。

表1 在埃爾米特對稱下測量的參數(shù)

圖2 埃爾米特對稱時史密斯圓圖

VSWR在埃爾米特對稱下確實(shí)有好轉(zhuǎn)。

4 頻帶展寬

引入頻帶展寬電路。頻帶展寬電路就是LC串聯(lián)諧振電路。其特點(diǎn)是載波頻率時呈零阻抗。在上邊頻時呈感性電抗，在下邊頻時呈容性電抗。這種特性剛好修正埃爾米特對稱時的邊帶特性。展寬電路的目標(biāo)為抵消掉593 kHz時所呈現(xiàn)的j15.7虛部電抗。估算串聯(lián)的電容為1 000 PF，匹配電感約為70 μH。展寬電路準(zhǔn)備放入發(fā)射機(jī)內(nèi)部，大電感再加上電容發(fā)射機(jī)內(nèi)部放不下。巧妙利用電感并電容的辦法解決。

電感jXL=j264時串聯(lián)諧振。

讓電感并800 PF電容產(chǎn)生j264 Ω的電抗。

解得jXL=j146 Ω=38 μH

表2 在埃爾米特對稱下增加展寬電路后測量參數(shù)

頻率為603 kHz時，38 μH的電感并聯(lián)800 PF的電容，相當(dāng)于70 μH的電感。把這個電路放入發(fā)射機(jī)的內(nèi)部頂層，串入T網(wǎng)絡(luò)的前端。調(diào)節(jié)電感，使整個電路呈串聯(lián)諧振狀態(tài)，見表2。

表2中的VSWR一項(xiàng)全部優(yōu)于表1中VSWR一項(xiàng)。說明在埃爾米特對稱下頻帶展寬電路確實(shí)有效果。檢查全部的連線后開發(fā)射機(jī)試驗(yàn)。升功率到滿功率，提高輸入音頻信號電平讓調(diào)制度達(dá)到100%。發(fā)射機(jī)正常工作，經(jīng)過幾個月的運(yùn)行，依然正常。

5 結(jié)語

以相互匹配為目標(biāo)，以VSWR為抓手，以Q值為切入點(diǎn)，以整個系統(tǒng)和諧為目的，便能有效解決小天線低頻率的難題。

[1]張丕燦,劉峰,劉傳忠.數(shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)[M].廈門:廈門大學(xué)出版社,2002.