用變頻器制動電阻和smith圓圖軟件 實現中波天線調配網絡原理教學的方法

王 軍

（作者單位：云南省廣播電視局馬關中波臺）

近年來，隨著技術的發展，天饋線系統中調配網絡的性能日趨穩定和完善，這雖然使得調配網絡的維護工作量大大減少，但也導致了近年來進入中波臺工作的年輕技術人員很少有機會接觸到中波調配網絡實際的設計安裝、測試與調整工作，這對于培養中波發射行業技術的人才來說是一種缺憾，不利于臺站安全播出保障工作的發展目標和要求。本文主要敘述采用變頻器電阻實際模擬天線阻抗時，在smith阻抗圓圖軟件的加持下，根據變頻器電阻模擬出的天線阻抗設計并安裝調配網絡，制作出更貼近實際應用情況的“假負載”，讓教學發射機正常開機工作，使臺站能夠在有限的條件下讓年輕技術人員在動手實踐的過程中熟悉中波廣播天饋線系統的原理，進而取得良好的教學實踐效果。

1 中波臺站技術維護隊伍的業務水平現狀及其對安全播出的影響

云南省的中波發射臺多建于20世紀60年代至80年代，由于中波發射臺工作的特殊性，很多人自從進入中波臺工作以來就在平凡的工作崗位上默默地奉獻了一生。如今，大部分在中波臺站建臺初期就參加工作的老一輩“中波人”基本都面臨著退休。近年來，云南省的各個中波臺都出現了人員“換血”的趨勢，云南省廣播電視局馬關中波臺的情況也是一樣。近年來，很多新招錄的技術人員都不是廣播發射技術專業的人才，均為與廣播發射技術相關或相近的專業人員通過事業單位招考進入中波臺工作的。隨著中波廣播技術的發展、設備的更新及管理模式的不斷完善，中波發射臺的設備故障率大大降低，設備的檢修工作量大幅減少，但這也導致了很多人進入中波臺工作多年后仍對中波廣播的發射原理一知半解，技術水平一直得不到提高。特別是對于中波天饋線系統，其在一年當中只需要復核一兩次阻抗，在阻抗正常的情況下基本不用動，加上中波臺天調網絡的電路元器件少，又都是無源器件，在沒有必要的情況下很少有人會去研究天調網絡的作用和原理。由于很多工作人員的技術水平不高，中波臺一旦遭到雷擊，就會導致網絡器件損壞或者電路失諧，進而造成長時間停播或者安全播出 事故。

近年來，云南省廣播電視局馬關中波臺一直利用中波臺閑置的中波發射機進行實踐教學，讓工作人員不斷地研究發射機的原理與維修方法，這使工作人員在發射機檢修與維護方面的技術水平有了很大提高，在處理發射機的突發故障時也越來越得心應手。但是，教學用的發射機使用的是純阻的假負載，沒有中間阻抗匹配的環節，其只能保證教學發射機正常開機測試，與實際的中波天饋線系統有著很大的區別，所以很多工作人員在實驗測試時，只注重發射機的各個功能電路，忽略了對天饋線系統原理的研究，因此仍舊不熟悉高頻傳輸的原理。

2 用變頻器制動電阻和smith圓圖軟件開展中波天線調配網絡原理教學的方法

為了解決工作人員遇到中波天饋線系統發生故障時無從下手的問題，筆者在廢品收購站發現了幾只變頻器制動電阻，每只變頻器制動電阻的電阻都是50 Ω、功率為1 kW，剛好與云南省廣播電視局馬關中波臺教學用的電阻為75 Ω、功率為1 kW的PDM發射機輸出阻抗相近，因為是繞線式的電阻，其對特定的高頻信號會呈現一定的阻抗，于是買兩只回來用網絡分析儀在990 kHz的信號頻率下進行測試，測得R1的阻抗為R=0 Ω、jx=195.4 Ω（jx指復阻抗的虛部），R2的阻抗為R=0 Ω、jx=198.8 Ω，兩只電阻對990 kHz均呈現出很大的感抗，在兩只電阻中間隨便串入一只高壓陶瓷電容后（選取是一只470 pF的柱式陶瓷電容），測得R=107.8 Ω、jx=227.8 Ω，滿足了實驗 要求。

筆者用smith圓圖軟件設置好負載阻抗后[1]5-11，圓圖匹配計算的阻抗變化軌跡如圖1所示。

圖1 smith圓圖軟件計算的阻抗變化軌跡圖

筆者根據軟件給出的阻抗匹配電路圖[2]，制作的連接電路如圖2所示。

圖2 阻抗匹配及假負載電路圖

在教學的過程中，不用考慮防雷、阻塞和濾波等環節，只要阻抗匹配能使發射機正常開機即可。所以就只涉及電感L和電容C1數值的選取（用一臺LRC數字電橋即可完成對元件的測量和選取）,除了簡單的元件串聯、并聯，沒有其他更復雜的計算，因此工作人員更容易理解中波發射系統阻抗匹配的原理的 作用。

筆者制作完成的實物和阻抗測試結果如圖3、圖4所示。

圖3 根據電路設計制作的假負載實物圖

圖4 阻抗測試結果圖

在精確選取電感和電容并將其進行安裝后，用網絡分析儀對假負載阻抗進行測試和微調后：R=75.1 Ω、jx=8.7 Ω，上機試驗后發射機顯示有10 W左右的反射功率，微調發射機的輸出阻抗匹配絡后反射功率降到2 W以下，可以正常開機[1]197-198。經過幾個小時的運行試驗，加上有風扇的散熱，整個假負載沒有明顯發熱的情況，并且發射機工作正常，這說明制作成功，極大地增強了技術人員的信心和成就感，激發了其對技術研究的熱情。

3 教學延伸

工作人員在熟悉阻抗匹配網絡原理后，結合LC串、并聯電路諧振的特性和調配網絡的系統電路圖，再來理解整個中波調配網絡中的防雷、阻塞、陷波等環節，以及如何實現雙頻或多頻共塔就更容易。

圖5是一個雙頻共塔的中波調配網絡簡單的電路模型[3]：L1和C1組成防雷網絡，C1是一個隔直電容，起到隔離雷電的作用；L1將雷電引入大地；L1和C1還具有改變天線阻抗的作用。L2和C2并聯諧振于頻率頻率B，L3和C3并聯諧振于頻率A，起到相互阻塞對方頻率的作用，再往前就是兩個頻率的發射機對天線的阻抗匹配網絡。如果有其他頻率干擾，則根據實際情況加入陷波或者帶通濾波網絡[4]。

圖5 中波發射雙頻共塔天調網絡電路模型

至此，工作人員已經可以根據以上的知識，對照自己臺站的天線調配網絡的電路圖進行實際分析，為日后處理中波發射系統中天線調配網絡的故障奠定理論和實踐基礎。

4 教學感悟

中波發射天線的調配網絡在中波發射系統中具有非常重要的作用，隨著技術的發展，現在專業廠家設計出的調配網絡故障率很低，有的甚至十幾年都不會出問題；日常維護也很簡單，只要檢查網絡柜中有無異物和做好清潔工作即可，做得好的臺站會定期測試網絡阻抗。很多中波臺的技術人員認為調配網絡的維護工作簡單，就不重視對其學習，有的到了調配網絡發生故障時，才發現連網絡分析儀怎么使用都忘了，更談不上分析和處理調配網絡的故障，這樣就為安全播出埋下了隱患，因此技術人員一定要重視技術管理工作[5]。

中波天調網絡看似元器件少，其實各個元件關聯起來以后網絡參數就變得非常復雜，所以技術人員在分析或調整陌生的天調網絡時，往往會覺得無從下手，甚至無功而返，這是因為其平時的理論學習和技術經驗積累少。更重要的是，因為每個設計人員根據實際情況設計的網絡參數思路不同，所以技術人員很難分析出整個網絡中各個元件相互關聯的作用，這很正常，沒有必要為此喪失信心，技術人員只要在日常工作中下足功夫，認真研究并熟悉自己臺站的網絡情況，就能在調配網絡發生故障時用最短的時間處理故障并恢復播出。

為了達到這個目的，筆者隨機模擬出了一個天線的阻抗值，然后利用smith圓圖軟件設計出了一個阻抗匹配網絡，通過實際安裝和調整，教學發射機能夠開機運行。在實際動手設計、安裝和調試阻抗匹配網絡的過程中，技術人員對中波天調網絡原理有了更加深入的理解和認識，并學會了如何使用計算機進行輔助設計，以及網絡分析儀、數字電橋等儀器儀表的使用方法[1]212-226，更重要的是激發了自身對工作的信心和熱情，達到了很好的教學 效果。

5 結語

中波天線調配網絡是中波廣播天饋線發射系統中的重要組成部分，因為其涉及高頻傳輸的很多理論知識，加上網絡的設計和計算過程復雜，一般的中波發射臺站內很少有技術人員會主動對其進行深入研究，因此也最容易在臺內形成技術“斷代”的局面。在日常工作中，要把中波調配網絡的原理給技術人員講明白真的很不容易，希望文中所介紹的教學實踐方法能為廣大中波技術同行在技術“傳、幫、帶”的過程中起到積極作用。