DCM 10 kW 中波廣播發射機輸出網絡原理與調整

周嘉鎮

（廣東省汕尾中波轉播臺，廣東 汕尾 516400）

0 引 言

哈爾濱廣播器材有限責任公司生產的DCM 10 kW中波廣播發射機的輸出網絡在廣播發射中起著關鍵作用，能夠將功率合成器的低阻抗信號轉換為50 Ω 的阻抗輸出，實現對發射機輸出能量的有效傳輸。它的工作狀態好壞直接影響發射機的輸出功率、功放模塊的工作穩定性及發射機的信噪比指標，同時影響發射機在雷雨天氣中工作的安全性。輸出網絡由帶通濾波器以及阻抗匹配網絡組成。帶通濾波器用于濾除射頻放大器產生的三次諧波等雜波信號，并輸出基波信號；阻抗匹配網絡用于將功率合成器輸出阻抗調整為與饋線阻抗相匹配[1]。本文將對中波廣播發射機輸出網絡的原理和調整方法進行探討。

1 輸出網絡原理

中波廣播發射機的輸出網絡包括帶通濾波器和阻抗匹配網絡兩大部分[2]。帶通濾波器負責濾除功率放大器產生的三次諧波等多余的雜波并輸出基波電壓，阻抗匹配網絡的作用是將饋線阻抗調整為功率合成器的輸出阻抗。阻抗匹配網絡的功能是進行阻抗變換，將發射機產生的信號進行有效傳輸，使負載獲得最大的有效功率。圖1 為DCM 10 kW中波廣播發射機的輸出網絡原理圖。圖1 左側為帶通濾波器，右側為阻抗匹配網絡。

圖1 DCM 10 kW 發射機輸出網絡原理圖

1.1 帶通濾波器原理

帶通濾波器是輸出網絡的關鍵組成部分，作用是濾除射頻放大器產生的多余的“臺階”和不希望輸出的頻率，并輸出基波電壓[3]。帶通濾波器可以采用串聯諧振或并聯諧振的方式，選擇性地通過或阻斷特定頻率范圍內的信號。

在串聯諧振的帶通濾波器中，電感和電容組成一個諧振回路。當信號頻率與諧振頻率匹配時，電感和電容的阻抗值相互抵消，形成一個諧振回路。在諧振頻率下，串聯諧振回路的等效阻抗達到最小值，信號能夠通過。而當信號頻率偏離諧振頻率，串聯諧振回路的等效阻抗增加，從而阻斷信號通過。

在并聯諧振的帶通濾波器中，電感和電容組成一個并聯諧振回路[4]。當信號頻率與并聯諧振電路的諧振頻率相匹配時，電感和電容的等效導納值相互抵消，形成一個諧振回路。在諧振頻率下，并聯諧振回路的等效導納達到最大值，信號能夠通過。當信號頻率偏離諧振頻率，并聯諧振回路的等效導納減小，從而阻斷信號通過。

在帶通濾波器中，通帶是指能夠通過的頻率范圍，阻帶是指衰減或抑制其他頻率范圍的信號。帶通濾波器的設計目標是在通帶內最大限度地傳遞有用信號，并在阻帶內對通過的無用信號進行阻塞和衰減。根據帶通濾波器的設計要求，可以選擇合適的電感和電容值，以達到對特定頻率的濾波效果。同時，通過調整電感和電容的數值，可以調節濾波器的中心頻率和帶寬，以適應不同的應用需求。根據全固態中波廣播發射機輸出網絡頻率特性，可以選擇最大平坦度濾波器（如巴特沃斯濾波器）作為帶通濾波器。這種濾波器具有平坦的通帶特性和良好的阻帶衰減特性。

哈爾濱廣播器材有限責任公司的DCM 10 kW中波廣播發射機帶通濾波器由可調電感L101、可調電容C102 和C101，以及可調電感L102 和C103 組成，是由二階帶通原型濾波器改進而來的。通過調整帶通濾波器中的電容和電感參數配置，使得串聯諧振電路諧振工作頻率，對基波呈現很小的阻抗，并聯諧振電路諧振于三次諧波頻率，對各次諧波呈現很大的阻抗，因此當電流信號通過時就可以把基波信號提取出來[5]。在實際工作中，由于中波段的標稱頻率是531 ～1 602 kHz，發射機應滿足整個波段的要求。因此，電感線圈的電感量應適當做大些，電容的容量按照工作頻率來確定。

1.2 阻抗匹配網絡

1.2.1 三次諧波陷波器

全固態中波廣播發射機不論是PDM 脈寬機還是DX 型數字機，被調級都工作在開關狀態。通過傅里葉級數分解得到基波與奇次諧波分量，沒有偶次諧波分量。奇次諧波的振幅隨著諧波次數的增高而減小，其中三次諧波的幅度最大。為了防止諧波向外輸出，中波發射機采用了僅讓基頻通過的2 階帶通濾波器。然而，為了防止調制邊頻對負載的影響，保持較好的穩定性，濾波器的Q值取值很低，導致對三次諧波的衰減程度不夠。因此，為了達到必要的濾波度，阻抗匹配網絡中加設了三次諧波陷波器，將三次諧波對地泄放，以進一步增強對三次諧波的抑制效果。

三次諧波陷波器由L105、C104 組成，通過串聯諧振原理實現對三次諧波的衰減，使諧振頻率與三次諧波頻率相匹配，即3 倍的工作頻率。

1.2.2 阻抗匹配網絡的組成

阻抗匹配網絡是中波發射機輸出網絡的重要組成部分，用于將功率合成器的低阻抗（4 Ω）信號轉換為適合傳輸的輸出阻抗（50 Ω）。阻抗匹配網絡通常由T 形網絡或π 形網絡構成，其中T 形網絡是常用的高通匹配網絡。T 形阻抗匹配網絡由兩個電感元件和一個電容元件組成，形狀呈“T”字形排列。電感元件的作用是通過電流的滯后來改變阻抗，將輸入信號的電流延遲電壓90°；電容元件具有容性特性，可以存儲電荷，通過電流的超前來改變阻抗，將輸入信號的電流超前電壓90°。通過調整電感、電容的數值，可以控制電流和電壓的相位關系，實現阻抗的轉換和匹配。

DCM 10 kW 中波廣播發射機的T 形阻抗匹配網絡由可變電感器L104、L103 與L105、C104 共同組成。其中，L104 為輸入支路，L103 為輸出支路，三次諧波串聯諧振支路在工作頻率上呈容性。輸入和輸出支路的可變電感器可用于調節匹配，使之與用戶的50 Ω 饋線阻抗相匹配。

1.2.3 阻抗匹配網絡的設計

阻抗匹配網絡的設計目標是確保輸出網絡的阻抗與高末槽路諧振阻抗相匹配，并使其輸出阻抗與饋線阻抗相匹配。只有通過阻抗匹配，發射機的能量才能有效傳輸到負載，使負載獲得最大的有效功率，減少信號的反射損耗，降低反射系數，提高傳輸效率。在實際應用中，阻抗匹配網絡的設計需要根據具體的工作頻率和發射機的輸出功率進行計算和優化。通過調節網絡中電感和電容元件的數值，可以達到阻抗匹配和諧波抑制的要求。

阻抗匹配網絡不但要實現阻抗匹配，減少信號的反射損失，實現最大功率傳輸，而且要有防雷的作用，因為發射機的功放模塊是場效應管，當發射天線遭遇雷擊，天線阻抗瞬間發生變化，功放電路里會產生過大的瞬時電流，容易把功放模塊損壞。防雷的具體做法在調整阻抗匹配網絡時，采用相移-45°的設計。在電路中，電感元件會使電流滯后電壓相位90°，而電容元件會使電流超前電壓相位90°。因此，當應用相移-45°的設計時，負載短路時電感元件的感性特性會抵消電容元件的容性特性，從而使等效阻抗呈感性。等效阻抗呈感性，會限制電流流過負載，減少功放模塊受到的電流沖擊，降低熱損耗，提高系統的穩定性和耐久性，從而有效保護功放模塊不受雷擊等外界因素的損壞。

2 輸出網絡的調整方法與步驟

輸出網絡的調整是為了確保阻抗匹配和濾波效果的最佳化。進行調整前，必須斷開發射機電源，對電容、電感等元器件進行放電，同時保證調試工作在沒有相關頻率干擾的情況下進行。具體步驟如下。

2.1 更換帶通濾波器中的電容

根據實際工作頻率，選擇合適的電容值以滿足濾波要求。電容值的選擇應使濾波器在工作頻率附近形成諧振回路，使所需頻率的信號通過，而其他不需要的頻率被濾除。

2.2 調整帶通濾波器

測量L101 與C101 串聯后的阻抗值，通過調節電感L101 的數值，使L101 與C101 達到串聯諧振狀態（即阻抗最小）。測量L102 與C103 并聯的阻抗值（注意斷開與L104 的連接），調整電感L102 的數值，使并聯回路工作于并聯諧振狀態（即阻抗最大狀態）。通過調整電感的數值，可以改變諧振頻率和帶寬，以滿足濾波要求，使帶通濾波器達到諧振狀態，使所需頻率的信號通過。

2.3 調整三次諧波陷波器

三次諧波陷波器在中波發射機輸出網絡中起到抑制三次諧波的重要作用，通過諧振原理和濾波原理實現對三次諧波的衰減。選擇合適的電感、電容元件并調整其數值，可以使諧振頻率與三次諧波頻率相匹配。實際調整中，使網絡分析儀預置到三次諧波的頻率上（即3 倍工作頻率），測量陷波器即L105 與C104 串聯電路的阻抗，調整電感L105 的數值使其在三次諧波的頻率上達到串聯諧振（即阻抗最小狀態）。

2.4 調整阻抗匹配網絡

根據實際情況，調節阻抗匹配網絡中的電感、電容的數值，使輸出阻抗與饋線阻抗匹配為50 Ω，可以實現最大功率傳輸和最佳信號傳輸效果。阻抗匹配網絡的調整要與三次諧波陷波器配合。調整時，將三次諧波陷波器與L103、L104 連接好，組成一個T 型阻抗匹配網絡。將網絡分析儀校準為發射機的工作頻率，假負載與輸出網絡（連接L103）連接好，L102 與阻抗匹配網絡的連接斷開，測量阻抗匹配網絡的輸入端。通過不斷地調整電感L103，改變阻抗的虛部，調整電感L104 改變阻抗的實部，最終使阻抗為50+j0 Ω。

2.5 檢驗和細調

完成以上調整后，需要進行檢驗和細調，以確保輸出網絡的阻抗匹配和濾波效果達到要求。可以使用專業的測試設備和儀器，如阻抗分析儀、頻譜分析儀等，對輸出網絡進行檢測和分析，以確定其性能是否符合要求。

3 結 語

通過對中波廣播發射機輸出網絡的原理和調整方法的研究，可以確保發射機輸出能量在饋線中得到最佳傳輸，實現對廣播信號的高效發射。輸出網絡的調整是保證阻抗匹配和濾波效果的關鍵步驟。只有在輸出網絡調整到位的情況下，發射機才能提供安全、優質的廣播服務。