中波廣播天調網絡工作原理和調試策略

【摘要】全固化中波廣播發射機具有耗能少、環保、效率高、專業性強等優勢，目前主要用于中波頻段傳輸。然而由于受到多方面因素的影響，導致全固化中波發射機運行期間面臨著諸多的問題。基于此，本文首先深入分析了中波廣播和天調網絡的工作原理，概述了天調網絡的組成結構，并探討了相應的調試策略，希望能夠保證天調網絡的功能得到全面發揮，促進中波廣播的有序、穩定運轉。

【關鍵詞】中波廣播；天調網絡；工作原理；調試策略

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.06.002

中波廣播發射機以發射天線為主要載體，既可以接收信號，又可以對處理后的信號進行放大，通過一些處理器對聲音進行濾波，再通過調制裝置獲得合適的載波格式，最后由天線完成任務的傳輸。當前，全固態中波發射機采用了一體化、精確的電路結構，對工作環境有很高的要求，具有很強的自防護和監控功能。然而隨著城市化進程的不斷加快，天線地網頻繁被破壞、周圍磁場環境也越來越復雜，導致全固態中波發射機常常由于天饋線故障而引發諸多的廣播事故。天調網絡也稱為天饋線匹配網絡，其作為發射機天饋線系統的組成部分制劑，相較于以前需要調試的頻次顯著增多。如果天調網絡發生故障，必然會導致發射機無法正常開機，嚴重影響到發射機發射信號的穩定與安全。對此，本文在探討天調網絡工作原理的基礎上，以天調網絡的組成結構為切入點，探討了發射機天饋線系統的調試策略，以有效預控天調網絡故障。

1. 中波廣播及天調網絡工作原理

1.1 中波廣播工作原理

隨著半導體技術的迅速發展，全固化中波廣播發射機逐漸得到廣泛應用。該發射機主要由以下四個部分構成：音頻系統具有關鍵的功能作用，即在發射機使用期間，往往涉及到音頻處理、A/D轉換和調制解碼等方面，而通過音頻系統能夠將音頻信號轉換成數字信號。在這一過程中，關于音頻信號的采樣工作，往往需要用到可以通過A/D轉換設備、音頻處理設備等工具，再通過對采樣到的信號加以量化處理，然后嚴格按照相關要求和規定來選取隨機信號在時間軸上的數值，以此作為音頻樣本。而針對數字信號的利用，需要先調制編碼器裝置進行重新編碼，經過處理后方可使用。為能夠確保數字信號的精確度，則需要借助于射頻系統，即利用該系統所具備的信號調制與信號合成輸出功能，并能夠在音頻調制系統的支持下，先對數字信號進行轉換，再通過信號調制，從而有效實現功率合成，促使信息的高效輸出。射頻系統在全固態中波廣播發射機扮演著非常重要的角色，它由射頻放大器、振蕩器和帶通濾波器組成，主要是以振蕩器為基礎產生載波，然后用放大器對載波信號進行放大，并用帶通濾波器過濾掉可能對信號穩定性產生不利影響的擾動，調節輸出信號，把這個信號作為阻抗值完成輸出；電壓數據的合成主要由功率放大器負責，能夠實現對電壓數據的自由轉換[1]。需要注意的是：射頻控制信號與模塊場效應管需要形成相位差，才能夠確保功率放大器的功能正常發揮。對于應用監測系統在全固態中波廣播發射機的應用作用，該系統在其發射機運行過程中發揮著主要功能，并對整個運行過程進行全面監控，以及時發現異常問題，保證發射機的穩定運行。應用監測系統由監測系統、報警系統兩個部分組成，兩個系統均采用自動化運行模式，能夠自動分析發射機的具體運行狀況和運行數據，以達到遠程自動化監控的目的。對于應用冷卻系統在全固態中波廣播發射機的應用作用，由于發射機運行過程中會產生諸多的熱量，導致其內部的各個系統、零部件等受損，而借助于應用冷卻系統，能夠將多余的熱量及時排出或是冷卻，以確保發射機在合適的溫度環境下正常運行[2]。

1.2 天調網絡工作原理

在全固化中波廣播發射機運行期間，針對其產生的載波，需要借助饋線進行傳遞，使之能夠到達天線，最后以電磁波形式輻射出去。而要想確保載波的順利傳遞，必須保證天線與饋線之間的合理連接。然而發射機天饋線系統中的天線與饋線在阻抗特性上各有不同，在輻射電磁波的過程中，往往會反射回一部分電磁波，同時會在線路上生成駐波，其電壓波谷與電壓峰值之間的比值就是電壓駐波比。要想保證天線與饋線之間的有效連接，必須保證電壓駐波比為1，此時天線才可以順利輻射發射機的所有高頻能量。由此可見，天線輸入端的反射系數或是駐波比的大小是判斷天線、饋線是否合理連接的重要依據。針對發射天線而言，若連接不合理，會導致天線的輻射功率大大降低，并在一定程度上增加饋線的損耗，使得饋線的功率容量受到較大的影響。對于天線的輸入阻抗，涉及到電阻分量和電抗分量兩個部分，為保證天線能夠順利接收到饋線所傳遞的信號，必須保證電抗分量為0，也就是天線的輸入阻抗必須屬于純電阻[3]。在進行天線和饋線的連接時，需要合理增加天線匹配網絡，若饋線的阻抗特性是50Ω，需要參照工作頻率范圍要求對天線阻抗進行阻抗，讓輸入阻抗的虛部很小，實部則約為50Ω，天線的輸入阻抗則是50Ω。為能夠減少駐波比，實現信號的高效傳輸，降低反射功率，就需要合理設置天線匹配網絡。在調整天調網絡時，既要通過匹配網絡對天線的阻抗進行變換，使之能夠有效匹配傳輸饋線，還需讓天線保持諧振狀態。

2. 天調網絡組成結構

2.1 避雷系統

通常情況下，閃電電流的脈沖峰值超過20 000A，脈搏上緣是5s，脈寬則在20～100ps之間，因為雷電電流脈沖能力主要是低頻與直流會對中波天線帶來較大的危害，所以需要結合雷擊特性來設置避雷系統，以盡量避免天線故障發生率。也就是在天調網絡中有效結合毫米尺度的放電線和Lo+L1型感應線圈，從而形成一個對地釋放靜電的通路。由于感應繞組的構成部分是一根粗大的銅管子，其長度比較短，故而當遇到閃電時，能夠以L0+L1的形式和地面接觸，之后將隔直電容器C0串入到混合電路當中，對低頻雷電進行有效隔絕，以此來保證發射機的安全可靠運行[4]。

2.2 阻塞網絡

天線不僅能夠完成信號的發射，還能夠完成信號的接收，故而其具有互逆性的特征。通常情況下，發射臺中配有多部發射天線和頻率，這就導致天線極易出現高頻回饋的問題，對周圍的高頻信號進行接收，并反向進入調配室，利用調配網絡與饋線逆向傳送至發射機，從而導致發射機運行過程中出現異常現象。中波廣播的信號涉及到載頻、上下邊頻信號，一般是通過本頻信號或是阻塞他頻信號來發揮阻塞網絡的作用。當通過本頻信號時，應當保證阻抗不要過大，當阻塞他頻信號時，既要在他頻處體現出很大阻抗，又在他頻的上下邊頻處體現出較大的阻抗，抑制無用頻率。

2.3 匹配網絡

一般而言，中波廣播發射機與天線的工作區域完全不同，為保證二者之間有效連接，就需要借助饋線等一些外部器具。而電路在連接過程中往往會產生一定的電阻數值，其實際性能會對發射機的工作功率產生較大的影響，不利于信號的順利接收和發射。為了解決這一問題，就需要在天饋線系統中增設匹配網絡，用于清除電阻數值，讓天線的阻抗與饋線的阻抗保持一致。對于匹配網絡而言，目前常用的形式包括：①Γ形網絡，其又可細分為正Γ形網絡和倒Γ形網絡，這類匹配網絡形式比較簡單，只有電容元件和電感元件組成，可以將任意阻抗匹配至系統運行所需的阻抗上。②Π形網絡，其可看成一個正Γ形網絡與倒Γ形網絡的串聯，即將串聯臂的電容作為兩個電容的串聯。一般設計都強調盡可能采用結構相對簡單的匹配網絡形式，以便后續進行調試。若天線的輸入阻抗小于饋線阻抗，建議選擇正Γ形網絡，反之選擇倒Γ形網絡。

3. 中波廣播天調網絡的調試

3.1 前期調試準備

在中波廣播天調網絡調試之前，若對天調網絡工作原理、調試方式和方法、相關儀器設備等方面缺乏一個正確、全面的了解，極易在實際調試過程中出現失誤，如：所選的調試方法不恰當、儀器設備的型號不符合調試需求、各個元件的匹配性和饋管阻抗的匹配性不相同等，從而導致天調網絡調試結果不理想。對此，相關人員需要提前做好相應的準備工作，即使用專門的網絡分析儀器對饋線和天線等各項參數加以有效測量，發現網絡調試周圍環境的干擾頻率，明確關鍵抑制頻率目標，還需對避雷、熱損害、成本等多方面因素進行充分考慮，設計出合理的匹配網絡[5]。同時，為避免天調網絡調試過程中出現安全事故，必須做好中波廣播發射機的檢查工作，確保其始終處于一個沒通電的狀態，還需加強對相關儀器設備的調試管理。在正式調試前，必須嚴格檢查所有的儀器設備，確保其處于良好的運行狀態，從而有效避免由于儀器設備存在質量問題而影響到最終的天調網絡調試成果。另外，對于所有負責天調網絡調試的人員，必須先接受專業、系統的培訓教育，并對其進行考核，確認其充分了解中波廣播天調網絡調試工作的所有內容與要求，掌握具體操作流程和技術手段以后，方可準許上崗。

3.2 調試過程

對于中波廣播天調網絡的調試，參數優化是最為關鍵的調試方式之一，調試人員通過對信號頻率和調制深度等關鍵參數進行合理優化，能夠提高發射機的運行質量和穩定性。其中，通過對調制深度的恰當調整，能夠促使信號的功率與帶寬利用率保持相對平衡的狀態，保證調整后的信號在接收與發射過程中不失真，而為了防止頻率干擾與信號沖突，需要設置合理的載波頻率。由于天線的高度、方向和位置均會在極大程度上影響信號的傳輸，所以必須重視對天線參數的優化，即通過合理設置天線的增益特性與指向性來增強信號接收的抗干擾性與靈敏度，并對天線的位置與方向加以合理調整，以進一步擴大信號覆蓋范圍，獲得更好的信號接收效果[6]。另外，通過合理優化濾波器、放大器等電子元件的各項參數，能夠更好地保證信號的傳輸質量和穩定性。即采用合適的濾波器特性和放大器增益，能夠改善信號的干擾抑制效果，還可利用先進的測試儀器設備對信息傳輸過程進行實時監測和測量，再結合監測和測量結果來判斷天調網絡調試是否科學、合理，及時加以妥善處理和優化，進而提高調試效果。

在實際調試工作中，需要重視對天調網絡組成結構的合理調試。其中針對阻塞網絡，調試人員需要先明確具體阻塞網絡的位置，將兩端的連線斷開，使得阻塞網絡從調配網絡中獨立出來，同時還需斷開并聯回路的任意一段，以形成一個完整的串聯回路，然后將電感線圈和電容器之間進行連接，讓二者的電阻數值達到0+j0Q，這就表明阻塞網絡的調試工作順利完成，最后對每一個串聯電路進行檢驗，確認所有問題都完全解決后，方可將其接回到天調網絡當中。針對匹配網絡的調試，由于Γ形匹配網絡結構的結構比較簡單，所以可以在所需的阻抗上匹配任意的阻抗，在這類匹配網絡的調試中需要先將天調網絡斷開，采用網絡分析儀來測試饋線輸入端，獲得饋線阻抗、電阻部分的阻值以及電感或電容部分的阻抗，然后結合這些信息來對電容和電感大小加以合理調節。需要注意的是：由于電容基本固定難以調整，建議通過減少或是增加電感線圈接入數量的方式對阻抗進行有效調節，也就是在調節過程中，合理增加或是減少電感線圈，并進行線圈接入點位置的合理調整。針對陷波網絡的調試，該組織結構屬于一種特殊的阻塞網絡，能夠進行載頻信號的阻塞，以便于濾除他頻信號，在調試過程中，需要先從電路中斷開陷波吸收網絡，讓串聯諧振支路保持獨立狀態，然后于吸收頻率上設定頻率，測量其串聯諧振，通過調整串聯電感，讓電阻分量與電抗分量均為0，最后將支路元件接入電路，于載頻上設定頻率，合理調整饋線阻抗[7]。

另外，在中波廣播天調網絡調試過程中極易受到多種外界因素的影響，為能夠提高調試的有效性，可采用一些抗干擾技術，例如：利用多徑傳播補償技術，憑借信號處理算法來估計多徑傳播的影響，再采取相應的修復措施，以減少多條傳輸路徑對信號的干擾。利用自適應均衡技術對均衡器的參數加以自動調整，盡量補償信號傳輸過程中頻率響應差異與失真，以確保信號傳輸的穩定性。在實際操作中，常常會遇到通信中斷、信號丟失等問題，對此，調試人員可以通過采用硬件檢測、網絡拓撲分析、軟件調試與頻譜分析等技術手段，來對故障問題進行精準診斷與及時排除工作，并合理調整和優化相關參數，從而切實保證中波廣播天調網絡的良好運行。

4. 結束語

天調網絡作為中波廣播發射機中的最后一個環節，發揮著阻抗匹配、避雷、高頻回饋抑制等方面的功能作用，能夠讓音頻信號的載波頻率信號盡量無損耗、高功率完成發射。然而在實際運行中，隨著天氣、周邊環境以及發射器自身等諸多因素的變化，會導致發射器的發射頻率所產生的天線阻抗發生改變，從而影響到信號傳輸質量，嚴重情況下導致無法開機。對此，相關部門必須基于中波廣播和天調網絡的工作原理，明確天調網絡的組織結構，從而制定科學、有效的調試策略，以提高信號的抗干擾能力。

參考文獻：

[1]馬月爽.中波雙頻共塔天調網絡的原理分析實例[J].中國有線電視，2023（07）：35-37.

[2]周銀海.中波廣播天調網絡工作原理與調試[J].數字通信世界，2022（03）：182-184.

[3]何志強.10kW全固態中波廣播發射機的天調網絡設計與調試[J].衛星電視與寬帶多媒體，2020（10）：44-46.

[4]維珍珍.中波廣播發射機天調網絡的設計與調試[J].西部廣播電視，2016（24）：235.

[5]迪拉熱·米吉提.10kW全固態中波廣播發射機的天調網絡設計與調試[J].通訊世界，2016（21）：54.

[6]邊志敏.中波廣播發射天線的原理及維護措施探微[J].數字通信世界，2020（09）：135-136.

[7]陳伊嵐.淺析全固態中波發射機天調網絡的工作原理及應用創新[J].中國科技縱橫，2023（10）：83-85.

作者簡介：桑其爾（1990—），男，內蒙古錫林郭勒人，初級工程師。研究方向：廣播電視傳輸發射。