新型中波天饋線調(diào)配網(wǎng)絡技術特點分析與應用實踐

摘要：傳統(tǒng)的中波天饋線調(diào)配網(wǎng)絡普遍采用匹配、阻塞和吸收單元組合形式，但存在使用的元件多、調(diào)配網(wǎng)絡體積龐大、調(diào)試困難且造價費用高的缺陷。近幾年，部分中波臺發(fā)射臺嘗試使用新型天饋線調(diào)配網(wǎng)絡，以彌補傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡的缺陷。基于此，本文分析論證了新型調(diào)配網(wǎng)絡的技術特點，并探討了新型調(diào)配網(wǎng)絡的設計、安裝、調(diào)試等應用實踐問題。

關鍵詞：天饋線系統(tǒng)；調(diào)配網(wǎng)絡；技術特點；應用實踐

一、引言

傳統(tǒng)的中波天饋線阻抗匹配網(wǎng)絡有“T”型、“π”型和“Γ”型三種形式，但無論哪種形式，在使用過程中都有很大的限制性。隨著城市的擴建、土地資源緊張、發(fā)射頻率的增加以及功率擴容，傳統(tǒng)的天調(diào)網(wǎng)絡的設計和調(diào)整難度逐漸增大，不僅天線占地面積需要減小，天線高度被迫降低，而且還要保證中波天線在性能和參數(shù)方面不能降低。

因此，對于中波頻段在531kHz～800kHz以內(nèi)的中波頻率而言，傳統(tǒng)方式的“T”型、“π”型和“Γ”型匹配網(wǎng)絡的帶寬太窄，既達不到廣電行業(yè)細則規(guī)定的VSWR≤1.2時，帶寬應大于9kHz的技術指標要求，也無法達到未來數(shù)字廣播發(fā)展的技術要求，即VSWR≤1.2時，帶寬大于20kHz。因此，當前急需研制一種新的天線網(wǎng)絡，以適應天線高度降低的情況，并滿足未來數(shù)字廣播發(fā)展的需要。目前，在中波天饋線系統(tǒng)成功應用的新型調(diào)配網(wǎng)絡有多級帶通濾波調(diào)配網(wǎng)絡和雙調(diào)諧調(diào)配網(wǎng)絡[1]。

二、多級調(diào)諧帶通濾波調(diào)配網(wǎng)絡

（一）電路組成與工作原理

圖1左、右分別是多級調(diào)諧帶通濾波調(diào)配網(wǎng)絡工作原理圖和裝配圖。圖中1為發(fā)射天線，電感線圈2串聯(lián)在天線下端，可以抵消一部分天線阻抗的虛部。線圈2與線圈3相連接，線圈3的另一端接地線11；在線圈2和地線11之間并聯(lián)安裝線圈3，其作用是提升天線阻抗的實部，同時還具有防雷作用。線圈3和線圈2的公共端和電容4的一個極相連接，電容4的另一個極和線圈5相連接，電容4起到防雷作用，同時與線圈5串聯(lián)后可以起到調(diào)節(jié)天線Q值的作用，將Q值控制在1～4之內(nèi)[2]。

電感線圈3、5、6和電容4組成初級諧振回路；線圈6的一個抽頭經(jīng)電容7與線圈8的一個抽頭相連；線圈8、電容9組成并聯(lián)諧振回路，諧振頻率為發(fā)射頻率，實現(xiàn)天線與饋線的最終匹配，并提高網(wǎng)絡帶寬和濾波效果。而電感線圈6和8的下端都接地，提高了整個調(diào)配網(wǎng)絡的防雷性能。線圈8的一個調(diào)節(jié)抽頭為整個調(diào)配網(wǎng)絡的輸入點，也就是傳輸饋線的輸入端口10。線圈6和線圈8近距離面對面安裝，兩個線圈的磁通量最大，可以最大程度地提高調(diào)配網(wǎng)絡的傳輸效率。

（二）技術特點

與傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡相比，多級調(diào)諧帶通濾波調(diào)配網(wǎng)絡具有以下優(yōu)點：

①電路結構簡單，制造成本低廉，電路的防雷效果更好；

②通過初級調(diào)諧、次級調(diào)諧，對載波頻率進行了極佳地匹配；

③抑制了變頻的干擾，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比，該網(wǎng)絡更穩(wěn)定且?guī)捀鼘挘赩SWR≤1.2的條件下，網(wǎng)絡的匹配帶寬比傳統(tǒng)網(wǎng)絡的匹配帶寬大20kHz；

④當天線參數(shù)因外界環(huán)境發(fā)生改變時，由于網(wǎng)絡的匹配帶寬很寬，所以不會影響發(fā)射機正常工作；

⑤由于整個電路的濾波效果好，如果在電臺上還有其他的工作頻率，本電路不需要增加吸收網(wǎng)絡或阻塞網(wǎng)絡用于消除各頻率之間的干擾；

⑥采用兩個線圈面對面的安裝形式，提高了整個發(fā)射系統(tǒng)的安裝效率；

⑦這兩個線圈的調(diào)節(jié)端在同一個平面內(nèi)，調(diào)節(jié)方便且線性度好，電路的實部、虛部獨立可調(diào)互不影響，方便了技術人員進行檢測和維護[3]。

（三）設計、安裝與調(diào)試

多級調(diào)諧帶通濾波調(diào)配網(wǎng)絡不僅可以完全替代傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡，而且可以與傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡混合使用。調(diào)配網(wǎng)絡的設計、安裝與調(diào)試工作一般由發(fā)射天線廠家或發(fā)射機廠家專業(yè)技術人員完成，或者由發(fā)射臺技術人員依照已有的調(diào)配網(wǎng)絡原理圖進行設計、安裝與調(diào)試。

1.匹配網(wǎng)絡計算方法

天線調(diào)配網(wǎng)絡主要由電感、電容及固定件組成，電感、電容在工作過程中會產(chǎn)生電感抗和容抗。

根據(jù)網(wǎng)絡的設計形式，首先計算出電容和電感的數(shù)值，然后再選擇符合網(wǎng)絡性能要求的電感和電容器件[4]。

電容的容抗計算公式為：

電感的感抗計算公式為：

2.安裝與調(diào)試

以上是調(diào)配網(wǎng)絡各元件理論計算值，裝配時可以先按照計算結果選取元件，再進行組裝。在實際應用中，不一定都能夠達到預期效果，也就是說并不一定能完全匹配，原因有兩點：一是調(diào)配網(wǎng)絡有無法預料的分布電容和連接件的電感存在；二是有電感和電容的測量誤差存在，因此還需要進一步調(diào)整，以盡量達到或接近預期結果。

中波天饋線調(diào)配網(wǎng)絡通常使用中波電橋測試法，該方法是網(wǎng)絡分析儀搭配中波專業(yè)測量設備的一種形式。在測試調(diào)配網(wǎng)絡時，通過斷開調(diào)配網(wǎng)絡與饋線的連接件，連接好中波專用電橋，調(diào)整匹配網(wǎng)絡的實部和虛部，使其等于或接近饋線的特性阻抗W（饋線阻抗一般是50Ω，也有80Ω和150Ω）。雖然該方法快捷準確，但由于發(fā)射臺周邊的電磁環(huán)境越來越差且電磁干擾十分嚴重，因此網(wǎng)絡分析儀可能有誤差，甚至無法進行測量，有時還有損壞儀器的危險，這一點需要特別注意。[5]

3.注意事項

為了確保調(diào)配網(wǎng)絡長時間安全可靠工作，調(diào)配網(wǎng)絡一定要有足夠的冗余量，以確保發(fā)射機在滿功率90%調(diào)幅度的情況下連續(xù)工作不出問題，并且持續(xù)工作時調(diào)配網(wǎng)絡溫升不大于常溫15℃。為了提高元件的耐壓、耐流能力，可以選用大功率的電感（線圈銅管直徑越大越好）；電容可以采用串并聯(lián)組合形式；調(diào)配網(wǎng)絡應設計有接地防雷電感、磁環(huán)防護和電容隔離防雷等多重防雷措施；調(diào)配網(wǎng)絡元件之間應有牢靠的電氣接觸，以避免出現(xiàn)接觸不良而產(chǎn)生熱損耗和打火問題。

三、雙調(diào)諧調(diào)配網(wǎng)絡

（一）電路組成與工作原理

雙調(diào)諧調(diào)配網(wǎng)絡的原理圖如圖2左所示，實際裝配圖如圖2右所示。

原理圖中C1、L1組成輸入端并聯(lián)諧振電路，諧振在主工作頻率上，調(diào)整中心探頭位置可以實現(xiàn)諧振網(wǎng)絡與發(fā)射機饋源阻抗的匹配。C2、L2組成輸出端并聯(lián)諧振電路，同樣諧振在主工作頻率上，調(diào)整中心探頭位置可以實現(xiàn)匹配網(wǎng)絡與天線輸入阻抗的匹配。圖中1和3、2和4為同相位；M為初級、次級調(diào)諧線圈的間距。間距對整個網(wǎng)絡的影響很大，在不影響調(diào)整的情況下，間距越小，傳輸特性越好。

新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡利用的是簡諧振動原理。簡諧振動指的是兩個靠近點的物體振動時相互影響，如果兩個物體的固有諧振頻率接近或相同，那么這兩個物體就有可能會發(fā)生共振；當兩個物體諧振時，相互之間就會相互傳遞能量，距離越近，能量傳輸則越大。通過利用簡諧振動原理，雙調(diào)諧網(wǎng)絡的初級和次級線圈可以實現(xiàn)高品質因數(shù)和高頻率地振蕩[3]。

（二）技術特點

雙調(diào)諧網(wǎng)絡具有耦合度高、使用元件少、發(fā)熱量和損耗小、輸出線性好、帶寬特性好、濾波效果好、易于安裝調(diào)試和防雷性能好等特點，可能是今后調(diào)配網(wǎng)絡發(fā)展的方向。

（三）設計、安裝與調(diào)試

1.元件的選擇

設計、安裝與調(diào)試以某中波發(fā)射臺531kHz和756kHz雙頻共塔（120桅桿式拉線天線）為例。

首先，根據(jù)發(fā)射頻率、功率、饋線阻抗、天線阻抗等參數(shù)計算出網(wǎng)絡元件的大小。以531kHz和756kHz為例，根據(jù)計算得出531kHz和756kHz兩個雙調(diào)諧網(wǎng)絡電感、電容數(shù)值如下：531kHz調(diào)諧網(wǎng)絡中電感和電容分別為44.9μH和2000pF；756kHz調(diào)諧網(wǎng)絡中電感和電容分別為29.57μH和1500pF。

為了增加調(diào)配網(wǎng)絡的冗余量，在條件允許的情況下，盡量選擇耐壓高的電容和體積大的電感，電容宜選用耐壓20kV以上、功率90kVA以上的桶型電容或瓷質電容；電感宜選用50A、35μH以上的大型線圈[7]。

2.安裝調(diào)試

為了完全實現(xiàn)調(diào)諧網(wǎng)絡的同步，首先，按照設計方案計算出電感、電容的大小。需要注意的是，網(wǎng)絡元件參數(shù)計算不僅需要能諧振，還需要根據(jù)饋線、天線的阻抗特性選擇更合適的感抗元件。阻抗不是一個簡單的固定值，有實部也有虛部，需要考慮感性和容性的匹配，數(shù)值不同的電容和電感都可能諧振到一個頻率上，但諧振網(wǎng)絡特性有可能偏向于感性，也有可能偏向于容性。對于網(wǎng)絡的要求是有條件的，需要消除感性的網(wǎng)絡就不能呈現(xiàn)太多的感性，而應該多一些容性。因此，在雙調(diào)諧網(wǎng)絡調(diào)整時，應該根據(jù)需要來確定感性和容性值。

在安裝調(diào)整時，第一步進行諧振同步調(diào)整。如果電容的大小無法完全滿足網(wǎng)絡需要，可以采用多個電容串或并聯(lián)得到，接著再調(diào)整電感。在調(diào)整電感時，可以在調(diào)諧網(wǎng)絡中接入中波專用電橋，調(diào)整線圈中心抽頭位置，找到最佳諧振點。如果是串聯(lián)諧振，中波電橋諧振阻抗接近于零；如果是并聯(lián)諧振，諧振阻抗接近于無窮大。

值得注意的是，兩個線圈的距離（M）不能太遠或太近。如果太遠，諧振效果變差；如果太近，則可能產(chǎn)生打火問題。通過反復試驗發(fā)現(xiàn)，當M間距為3cm時，諧振效果最佳。圖3上半部分為雙調(diào)諧網(wǎng)絡兩個線圈在3cm間距下的測試結果；下半部分為雙調(diào)諧網(wǎng)絡兩個線圈在5mm間距下的測試結果[8]。

3.注意事項

當雙調(diào)諧網(wǎng)絡工作時，有一定的輕微振動，因此網(wǎng)絡元件應當安裝牢靠，以確保各連接點長期工作不會松動。在空間允許的情況下，電感開口端最好不安裝元件，比較靠近的兩個電感最好采用相互垂直的方式安裝；連接銅皮不要太長，并且銅皮最好管理電感和電容；固定螺絲需要足夠牢靠，避免因長時間工作發(fā)熱而出現(xiàn)接觸不良和打火故障。

四、結束語

隨著科技進步，傳統(tǒng)媒體的中波廣播也應當順應時代的發(fā)展，結合實際、超前謀劃、攻堅克難、創(chuàng)新發(fā)展，不斷探索開辟發(fā)展新領域、新賽道，全面塑造無線覆蓋事業(yè)發(fā)展新優(yōu)勢。

作者單位：羅宇 廣東省和平中波轉播臺

參考文獻

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