大同中波臺三頻共塔網(wǎng)絡的設計與應用

馮學精

(山西大同中波轉播臺，山西大同037010)

隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，人們對文化事業(yè)的需求也在不斷的增長，個性化、分眾化的特點更加突出，體現(xiàn)在廣播這一傳統(tǒng)媒體上就是節(jié)目越來越多，每套節(jié)目針對不同的受眾。可是廣播節(jié)目的發(fā)射是一個系統(tǒng)性的工程，以中波廣播發(fā)射為例，天線場區(qū)占地面積大，少者幾十畝多者上百畝，以過去的發(fā)射方式一套節(jié)目即一個發(fā)射頻率對應一座發(fā)射天線，隨著發(fā)射節(jié)目數(shù)量的增加，必然要增加占地面積，這在當今寸土寸金的現(xiàn)實面前顯然行不通，只能獨辟蹊徑，只能從技術上尋找突破。采用多頻共塔是最佳的方案，既節(jié)約土地成本也節(jié)約建設成本，在不增加發(fā)射天線的情況下，僅僅對發(fā)射網(wǎng)絡進行調整就可以實現(xiàn)增加播出節(jié)目的目的。

1 三頻共塔的電原理

中波廣播三頻共塔即三套節(jié)目(三個發(fā)射頻率)共用一副天線(一座發(fā)射塔)[1]。

在單頻單塔發(fā)射中，在天線和發(fā)射機的輸出饋線之間只有一個匹配網(wǎng)絡－－實現(xiàn)饋線即發(fā)射機和天線的阻抗匹配，設計和調試都比較簡單。而在多頻共塔的時候，如大同中波臺的三頻共塔中，其中任意一個發(fā)射頻率不僅要與發(fā)射天線實現(xiàn)良好匹配，而且還要在發(fā)射機的匹配網(wǎng)絡和天線之間增加兩個分別能阻止另兩套節(jié)目電波的阻塞電路，這種能對本發(fā)射頻率實現(xiàn)匹配又能對共塔的其他發(fā)射頻率起阻塞作用的網(wǎng)絡稱為匹配阻塞網(wǎng)絡。這樣的網(wǎng)絡設計和調試就復雜的多了，設計和調試的關鍵在于：既要三個發(fā)射頻率的發(fā)射機與整個天饋線系統(tǒng)均能達到良好阻抗匹配，同時也要使各阻塞電路的損耗最小。

在多頻共塔中還要特別注意的一個問題是共塔的幾個頻率的選擇有一定的要求，各頻率要彼此盡量相隔遠一些，因為我國中波發(fā)射頻率的帶寬為10 KHz，為了適配和阻塞便于實現(xiàn)，各頻率的間隔最好大于十幾倍帶寬即100 KHz～150 KHz以上。各發(fā)射頻率都在其他共塔頻率保護帶寬以外。某阻塞頻率阻抗特性與帶寬關系如圖1。

圖1 阻塞頻率特性阻抗

大同中波臺共塔的三個頻率分別為f1＝819 KHz；f2＝1035 KHz；f3＝1503 KHz。 三部發(fā)射機通過各自的饋線接至各自的匹配阻塞網(wǎng)絡，使得在任意一個發(fā)射機工作頻率內饋線與天線阻抗匹配；同時任一網(wǎng)絡的輸出端對另外兩部發(fā)射機呈現(xiàn)極高的阻抗，能夠阻塞另兩部發(fā)射機的串擾。忽略網(wǎng)絡損耗，等效電路如圖2。

圖2 三頻共塔網(wǎng)絡原理框圖

由上面的電原理可以知道，如果設計調試合理實現(xiàn)后，共塔的三個頻率的發(fā)射機同時運行或一機運行，對任一發(fā)射機工作狀態(tài)都沒有影響。

2 匹配、阻塞網(wǎng)絡的設計[2]

2.1 已知的和通過電測獲得的相關數(shù)據(jù)

共塔的三個頻率和發(fā)射功率分別是：

f 1=819 KHz；f 2=1035 KHz；f 3=1503 KHz；P 1=P 2=P 3=10 KW。

三部發(fā)射機的輸出饋線特性阻抗均為50 Ω。

共用的發(fā)射塔為高108 m、邊寬1 m的單桅桿拉線塔，通過網(wǎng)絡分析儀電測獲得的各個發(fā)射頻率的輸入阻抗分別為：

f 1：Za1=127+j 196(Ω)；f 2：Za2=605+j 244(Ω)；f 3：Za3=83+j 191(Ω)。

2.2 阻塞網(wǎng)絡的設計[3]

阻塞網(wǎng)絡采用LC并聯(lián)諧振電路，根據(jù)有關資料和實驗經(jīng)驗表明，若阻塞阻抗對所阻塞的頻率呈現(xiàn)10 KΩ以上，對其邊帶呈現(xiàn)的阻抗在5 KΩ以上，就不會出現(xiàn)交叉調制和特性變壞等問題。

設定各阻塞電路的XL=XC=200 Ω，根據(jù)L=XL/2πf，C=1/2 πfXc，可以計算出對各頻率諧振的阻塞電路的電容和電感值分別為：

f 1：L1=25.2 μH，C1=1500 pF；

f 2：L2=15.78 μH，C2=1500 pF；

f 3：L3=11.22 μH，C3=1000 pF。

2.3 各頻率匹配網(wǎng)絡的設計[4]

天線匹配網(wǎng)絡是將天線阻抗經(jīng)網(wǎng)絡轉換成為與饋線特性阻抗相同的阻抗，從而達到匹配。三頻共塔時，由于各發(fā)射頻率的匹配網(wǎng)絡與天線之間增加了另兩個頻率的阻塞電路，因此每個頻率匹配網(wǎng)絡所要匹配的對象是包括另兩個阻塞電路在內的天線阻抗。任意一個發(fā)射頻率包括通道內阻塞電路在內的天線輸入阻抗的計算方法如下。

如果設阻塞電路的諧振頻率為：

則對通過頻率的電抗為：

x＝ωθ·Lα。

其中，α＝t（1－t2)，t＝f/f0。

根據(jù)上式可以對某個頻率諧振的每個阻塞電路，對通過的非諧振的頻率呈現(xiàn)的電抗值X。整個三頻共塔匹配阻塞電路圖如圖3，各節(jié)點對各頻率呈現(xiàn)的阻抗值如表1。

2.4 匹配阻塞網(wǎng)絡元件規(guī)格的選擇

由已知條件可以計算出工作于f1，f2和f3的天線電流和天線底部電壓。

I1=9.3A，I2=4.2A，I3=14.4A；

E1=1075V，E2=2381V，E3=694V。

阻塞電路元件規(guī)格的選擇決定于流過阻塞元件的電流和加在元件兩端的電壓，其值由三部分疊加而成。一部分是工作頻率產(chǎn)生的，另兩部分是兩個阻塞電壓產(chǎn)生的。考慮到匹配阻塞網(wǎng)絡的損耗，把發(fā)射功率看做是額定功率的1.1倍，又100%調制時功率為它的1.5倍，電壓為2倍，所以在決定各元件的額定值時還需乘以系數(shù)，電流系數(shù)為1.3，電壓系數(shù)為3。經(jīng)過計算的各電容和電感元件規(guī)格如表 2 和表 3[5－6]。

按照上述設計，經(jīng)過實際安裝調試后，網(wǎng)絡正常，各頻率發(fā)射機運行穩(wěn)定，三頻共塔成功。

圖3 三頻共塔匹配和阻塞網(wǎng)絡電路圖

表1 三頻共塔網(wǎng)絡各節(jié)點阻抗值

表2 大同中波臺10 KW三頻共塔網(wǎng)絡電容器參數(shù)及選取

表3 大同中波臺10 KW三頻共塔網(wǎng)絡電感器參數(shù)及選取

[1]國家廣播電影電視總局.210中短波調幅廣播質量開路監(jiān)測技術規(guī)程[S].2005.

[2]李為豐，范榮美，李琚門.建設完善的中波同步廣播網(wǎng)[J].廣播與電視技術，2002(9)：108－108.

[3]何大中.系統(tǒng)與覆蓋網(wǎng) [M].北京：國防工業(yè)出版社，1990：5.

[4]曹志剛，錢亞生.現(xiàn)代通訊原理[M].北京：清華大學出版社，1992.

[5]中華人民共和國電子工業(yè)部標準.SJ2307.1-83，MYL1型防雷用氧化鋅壓敏電阻器[S].北京：中國標準出版社，1982.

[6]GY/T82-1989，中、短波廣播場強測量方法[S].北京：中國標準出版社，1989.