中波廣播雙頻共塔天線匹配網絡的設計與實現

云南省廣播電視局臨滄699臺 羅春美

10kW中波廣播雙頻共塔天線匹配網絡是發射機的重要組成部分之一，對于節目質量、安全播出和提升系統運行穩定性具有重要意義。本文通過科學合理的網絡設計與參數選取，采用預調網絡平衡阻抗的差異性，阻塞網絡降低共頻的串擾，T型網絡實現天線阻抗的適配，用科學方法實現網絡設計并滿足設計標準，對實現中波發射臺雙頻共塔天線調配網絡的穩定運行具有借鑒意義。

中波廣播發射站的核心組成主要包括：主/備電源供電、發射機、雙頻共塔天線以及相關智能監控設備等。為真正實現電視節目播出的實時性、穩定性與可靠性，滿足接收端用戶對于節目安全播出的“零容錯”目標，通過雙頻共塔天線匹配網絡設計以及信號處理算法的應用，已基本實現了信號終端-發射機-天線之間的高效運行方案，能夠在滿足實時性要求的同時，確保系統運行的可靠性，避免節目播出事故的發生。

現階段，作為中波發射站“最后一公里”關鍵環節的廣播雙頻共塔天線匹配網絡設計問題一直困擾著技術人員與從業人員。考慮到現實中的雙頻共塔天線距離機房距離較遠，一旦出現問題很難在第一時間解決處理，且現階段基于智能化網絡監測與響應處置功能并沒有完全實現，可能會造成系統運行隱患。因此，如何通過網絡設計和方案建設，對現行的P=10kW雙頻共塔天線網絡進行匹配調試與功能測試是值得研究和重點關注的問題。從經濟最優角度出發，結合科學計算理論，實現共塔天線匹配網絡設計與實現，能夠降低因外在環境因素和內在機制問題造成的故障檢測、智能排障等問題，提升發射站整體的運行安全性和穩定性。基于此，本文從雙線匹配網絡基本原理與設計思路出發，研究系統設計與項目實現的方案，重點突出組織實施的科學性和有效性。

1 雙頻共塔天線匹配網絡的設計

1.1 基本原理

從技術實現和工程實踐角度看，目前中波發射臺設計雙頻共塔天線匹配網絡主要涉及到的是設計方案和網絡參數取值等問題。匹配網絡原理如圖1所示，上下兩路f1、f2信號傳輸通道。以f2為例，其中L01、C01為整個體系設計中的預調網絡，其能夠為匹配網絡的工作信號進行預處理。L13、C13則為阻塞網絡（f諧振=576KHz），用來針對傳輸頻率呈現阻抗。無論從d1還是d2觀察整個信號傳輸通道，能夠有效組成T型網絡模式。

圖1 中波廣播雙頻共塔天線匹配網絡的基本原理框圖

1.2 設計思路

雙頻共塔天線匹配網絡功能發揮的關鍵在于能否將發射機輸出的高頻信號以最大功率模式匹配網絡并傳輸到天線，現階段制約信號適配的難點在于工作頻率的特性阻抗不能夠轉化為對應的饋線阻抗，無法真正實現匹配。通常情況下，一般饋線的阻抗選擇50Ω（SDY-50-37-3），此時需要將發射端天線的阻抗經匹配網絡轉換為目標阻抗50Ω。考慮到雙頻共塔的實際情況，對于上下兩路f1、f2信號頻率間隔提出的基本要求，對不同的信號頻率會出現反差較大的阻抗，破壞了整體網絡運行的穩定性。基于此，需要在前端預設系統預調網絡來平衡分級阻抗的差異性，進而降低匹配難度，并通過添加LC并聯諧振阻塞網絡解決可能存在的串擾問題。值得注意的是，根據建設標準相關文件《中、短波廣播發射臺設計規范》中對于天線配置提出的要求，明確這個匹配網絡的備份已經預留相關接口，以便于后期設計智能切換系統使用。該方案設計的建設項目簡單易實施，可維護性強，即使在系統運行中出現點位故障或系統癱瘓等情況時，也可以迅速完成網絡切換和功能備用，從而降低節目播出的事故率。

2 雙頻共塔天線匹配網絡的實現

在設計雙頻共塔天線匹配網絡過程中，網絡參數設置需嚴格與天線的阻尼系數適配，系統兼容性與寬通性要滿足規范；要考慮發射頻率間的串擾以及系統內部自擾影響，應積極通過電子線路設計來優化；匹配網絡及相關網絡組件應當通過科學計算來選擇參數，以保證網絡運行的可靠性。首先，中波雙頻的發射頻率f1=1359kHz、f2=576KHz，其頻率間隔基本滿足設計要求，即滿足f1/f2≥1.25，能較好地滿足雙頻共塔的發射條件。

2.1 匹配網絡設計標準

（1）Q≤ 3。為了保持網絡運行的穩定可靠，技術參數的選取必須結合實際條件，即需要考慮中波固態發射機要求的Q值不大于3。較小的Q值能夠使得網絡更容易匹配天線阻抗，且降低了對環境因素的要求。

（2）三維布局。建設安裝時，應當采取三維或者多維的布局模式，能夠有效降低所使用的電子元器件（電感線圈和電容器等）線圈間的互擾。

（3）防雷電。考慮到發射天線架設較高，雙頻共塔天線網絡設計必須加入防雷擊要求，即防止雷電擊穿饋線或竄入發射機，元器件接地銅皮應設計滿足接地電阻 ≤ 1Ω。

（4）網絡功率大。電子元器件的選用要結合功率值匹配，最大的高頻工作電流≤10A，選用(L、C)應保證達到200%功率容量。

2.2 匹配網絡設計方案

匹配網絡主要包括：（1）T型網絡。需要實現最大程度的傳輸發射功率，由于采取的T型網絡能夠適配多種設計模式，并能優化且穩定控制網絡Q值；（2）阻塞網絡。其主要目的是降低甚至避免臨近的兩個工作頻率（高頻）信號間的串擾，通過設計并聯LC諧振電路，防止高頻電流的倒串；（3）預調網絡。由于兩個工作頻率的天線阻抗差異性影響網絡運行的可靠性，通過設計合適的預調網絡，盡可能降低發射天線對頻率阻抗值的差異，保障網絡穩定性。

（1）T型網絡取值

選擇好匹配網絡后，需要設計具體參數。T型網絡的核心作用是將饋線的特性阻抗W和天線輸入阻抗Z進行匹配。假設發射頻率f的中波發射機W=50Ω，在設計天調網絡阻抗值時，需要考慮的是基于網絡分析計算得到Z=R+jX=30+j26，且滿足W＞R條件的匹配網絡的回路形式是可取的。

（2）阻塞網絡取值

以L13、C13阻塞網絡為例，希望設計的阻塞網絡能夠實現低功效，即能夠在此條件下實現較好的阻塞效果。L13、C13阻塞網絡是f1=1359kHz傳輸通道諧振于f2=576KHz上，能夠有效阻止f2頻率的串擾。根據經驗值分析，當C13=1500PF，此時L13=16.1uH，即能夠滿足L≤ 40uH這一標準。

（3）預調網絡取值

對于雙頻共塔的基本模式，當發射端采取單頻f遠小于雙頻發射天線固有頻率，自擾的影響可以忽略，此時重點考慮如何通過設計電路回路參數，高效抑制互擾現象的發生，這里考慮采取陷波電路的方法，通過先并后串的設計回路吸收雙頻發射天線固有頻率的互擾，即f1＜f且f＞f2。用網絡分析儀實測發射天線，測得對上線f1=1359kHz工作頻率所呈現的阻抗：z1= 450 +j350；測得對下線f2=576KHz頻率所得的阻抗：z2= 90 +j120。此時的差異較大導致串擾明顯，網絡運行不可靠，需要通過預調網絡實現f1無限逼近天線阻抗的實部90Ω，即采用并聯諧振網絡的實現方案，具體形式如圖2所示。

圖2 預調網絡實現方案示意圖

結束語：本文提出的中波發射機的雙頻共塔天線匹配網絡設計與實現對于發射系統的穩定運行起到了關鍵作用，設計出參數科學、指標優良的網絡設計電路對于整個發射系統的穩定運行和網絡高效匹配有重要作用，其能夠間接幫助發射機實現遠距傳輸和寬面覆蓋，因此雙頻共塔天線網絡的優化設計能夠貼合智能化發展的方向，在減輕技術人員設備維護工作量的基礎上，不斷完善節目播出質量和系統工作效果。