中波調幅廣播發射機天線匹配網絡的調試方法初探

何 偉

（甘肅省廣電局無線傳輸中心天祝廣播臺，甘肅 武威 733000）

在中波廣播發射設備中發射天線是必不可少的重要設備，隨著技術的進步中波廣播發射機發射天線的高度在不斷降低，從76M再到48M，甚至更低。天線的降低節約了搭建天線的鋼材損耗，降低了施工成本和施工難度，減小了風險系數，提高了穩定可靠性。可是由于天線的降低天線的阻抗變化也是很巨大的，使得天線的虛實比變得很大，這對阻抗匹配網絡提出了更高的要求，傳統使用的L型T型以及П型等網絡已經不能適應新型天線的要求，尤其是帶寬指標的要求，傳統匹配網絡可以說幾乎難以滿足。所以必須要有新型的匹配網絡與之配合，才能完美的解決問題。這種匹配網絡就是具有雙調諧回路的耦合匹配網路。這種網絡比起傳統網絡，結構復雜，因具有雙調諧回路，在完美增加了帶寬問題的同時也增加了調試的難度。本文結合某一實用匹配網絡，在分析該網絡工作原理的基礎上，總結性的提出一些調試原則和調試步驟以供讀者參考。

1 拓展帶寬的原理

如圖1所示為一3KW中波調幅發射機使用的由747KHz和1098KHz雙頻共塔的天線匹配網絡圖，圖中1098KHz所使用的就是一個典型的T型網絡，在此再不做討論，本文重點講述747KHz頻率所使用的這一網絡，該網絡簡稱耦合匹配網絡。從結構上分該網絡可以被分為3大部分，一是阻塞網絡，主要由L5和C5組成，阻塞網絡是在雙頻共塔的網絡中必須存在的，L5和C5并聯諧振，諧振頻率為共塔時的另外一個頻率，本網絡中即為1098KHz,由于L5和C5并聯諧振使得在1098KHz頻率下阻抗非常大接近無窮大，所以1098KHz的信號不會通過后面的電路饋送到747Kz的發射機，而是通過天線發送出去。同時該阻塞網絡通過串聯電容C4的作用在頻率747KHz下，阻抗又非常低相當于短路，所以可以使747KHz的信號無障礙的通過。二是耦合網絡，即由電路中 L1、L2、C1、CM 組成，在調試網絡時關鍵就是對該網絡參數進行調節，這也是本文所討論的重點，該電路的具體分析在下文進行。三是補償網絡，由L3、L4、C3組成，該網絡的作用在于平衡帶寬，在沒有該網絡作用時帶寬會發生不對稱現象，所以為使帶寬在高頻端和低頻端具有同樣的駐波比表現就需要有補償網絡來平衡。

圖1 747KHz和1098KHz雙頻共塔的天線匹配網絡

因為在調試過程中關鍵調整的是耦合網絡，所以在此單獨列出進行分析，為分析方便做一下幾點處理和簡化，1）將天線和阻塞網絡轉化為一負載電導和電容的并聯組合。2）將發射機和饋線阻抗簡化為一激勵源和電導的并聯組合。3）將L1的中心抽頭移動到1號端。4）電路中電感L1和L2存在耦合，為簡化運算可暫時不考慮此耦合，這樣做不會影響運算結論的適用性。所以簡化后的電路圖如圖2所示。

圖2 簡化后的電路圖

以節點0、1、2列寫該電路的節點電流方程如下

對上式求解，得

從上式可以看出次級輸出電壓幅值隨頻率和耦合度變化的規律。

實際當η=1時，在ξ=0處V2出現最大值V2MAX。將η=1，ξ=0代入上式有則則

由上式可以看出該方程是ξ的偶函數，因此曲線對稱于ξ=0的坐軸。若以ξ為參變量，在不同η值時可以得出如圖的歸一化頻率響應曲線。可以看出，不同的η值有不同的頻率特性。值代表了兩個諧振回路的耦合程度，即從圖中可以看出當值越大曲線所覆蓋的頻率范圍越寬，即兩諧振回路耦合越緊密帶寬越寬。這就是為什么雙諧振回路進行耦合可以展寬通頻帶的原因，也正因為如此雙調諧耦合網絡完美解決了小天線虛實比過大,通頻帶過窄的問題。同時在電路圖中可以看到電感L1和L2具有耦合作用，這也是為了增加耦合程度而特意為之。

圖3 地面數字電視覆蓋工程分址臺站流程圖

2 調整阻抗的方法

在實際調試網絡的過程中，主要調節電感L1的觸頭1和2，具體方法就是拆開饋線與匹配網絡的接入端，將網絡分析儀接入匹配網絡，即如圖2中用網絡分析儀代替Is和G1，將觸頭回歸L1任意調節處。

所以之后的問題就在與從ab端看進去研究匹配網絡和天線的整體阻抗的問題了。因為串聯阻抗和并聯阻抗是可以等效互換的，所以可以將圖2進行等效變換。1）將C2、L2、G2并聯組合轉化為串聯組合用C1和R2來表示。2）將L1和C1的并聯組合轉化并將中心抽頭移動到L1任意位置，表示為L1、L2和Ck串聯，同時考慮到電感線圈的電阻則串聯一個電阻R1。3）進行以上簡化后出現新的串聯關系，再進一步做簡化將串聯電容C1、Ck、CM合并用C表示，因此可以得出如圖4所示電路圖。

簡化后的電路是一個抽頭式并聯諧振回路，根據并聯諧振電路的知識可以知道，調節L2的大小可以是電路在不同頻率諧振，也就是可以使得電路阻抗虛部為零。同時根據抽頭式并聯電路的阻抗變換的知識可以知道，。上式可以看出，在不改變回路參數的情況下，只改變抽頭位置，即改變p值，就可以改變ab兩端的等效阻抗。所以在調整阻抗是調整L1的大小和調整抽頭的位置就可以將網絡調整到合適的阻抗。

圖4 中聯電容合并

3 總結

1）具有雙調諧回路的耦合匹配網絡是天線對匹配網絡提出更高要求的產物，它解決了很多問題，也具有很多優點。如展寬了通頻帶。根據圖2所示，歸一化頻率響應曲線可以看出，當兩調諧回路耦合較緊密時曲線出現雙波峰，其通頻帶可以擴展到接近單諧振回路的兩倍。同時抗干擾能力增強。從圖2可以看出隨頻率的變化歸一化頻率響應曲線變化較為陡峭，在通頻帶內的頻率分量有較好的通過性，而通頻帶之外的頻率分量具有快速的衰減，因此可以將一些不需要的雜波濾出，具有較好的抗干擾能力。但同時在使用中也不同程度的表現出了一些缺點。（1）相比傳統匹配網絡其電氣結構復雜，使用器件較多，增加了使用成本和維護調試難度。（2）穩定度不夠，因季節和天氣變化影響，發射機反射變化較大。根據季節的不同，一年中需要對網絡進行調整。

2）在網絡調整過程中需特別注意電感L1和L2的位置配合，上文已經提到，兩諧振回路不僅通過電容CM進行耦合，而且L1和L2也存在電磁耦合，在維護和調整時改變兩電感線圈的相對位置也會使電路參數發生變化。在實際操作中一般不會調節電感的按裝位置，而是調節圖1中電感L1的接入量來控制整體網絡阻抗的虛部值，調節電感L1的中心抽頭位置來控制整體網絡阻抗的實部值。搞清了以上原理，在實踐過程中多操作，總結經驗也會快速掌握技巧和方法。