中波廣播共用天線和匹配網(wǎng)絡(luò)及阻塞網(wǎng)絡(luò)

朱建文

（忻州中波臺(tái)，山西忻州 034000）

0 引言

中波廣播以地波和天波兩種方式傳播。所謂地波就是從天線輻射的沿地球表面向四周傳播的電磁波。因中波頻率較低，地波場(chǎng)強(qiáng)雖隨傳播距離增加而衰減，但衰減較慢，可以形成一個(gè)穩(wěn)定的服務(wù)區(qū)，約幾十或幾百公里。覆蓋半徑主要取決于發(fā)射機(jī)功率、頻率、極化、天線增益及傳輸路徑和地導(dǎo)系數(shù)。因?yàn)榇怪睒O化波的地波衰減比水平極化波慢得多，所以以地波服務(wù)的中波廣播發(fā)射臺(tái)都采用垂直極化天線。在夜間，能夠強(qiáng)烈吸收中波的電離層D層消失之后，中波天線以高仰角輻射的那部分電波將被電離層E層反射回地面，形成所謂的天波，可以傳播幾百或上千公里。但因傳播衰減較大且不穩(wěn)定，中小功率的電臺(tái)天波更弱，雖不能形成穩(wěn)定的服務(wù)區(qū)，卻可對(duì)遠(yuǎn)區(qū)的同頻或鄰頻造成干擾。所以一副調(diào)整好的中波天線應(yīng)盡量減少天波的輻射，盡量增大地波的場(chǎng)強(qiáng)。

1 設(shè)計(jì)原理

中波廣播發(fā)射臺(tái)一般不是一部發(fā)射機(jī)工作于單一頻率。大部分地區(qū)的發(fā)射臺(tái)采用共用天線和天線匹配網(wǎng)絡(luò)及阻塞網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足多部發(fā)射機(jī)同時(shí)工作于不同頻率，而共用同一發(fā)射塔的工作需要，一般采用雙頻共塔或三頻共塔，也可以多頻共塔，只不過(guò)是要滿足每?jī)蓚€(gè)發(fā)射頻率的間隔在100k以上，每?jī)蓚€(gè)共塔頻率之比不小于1.25就可以安全工作。否則在設(shè)計(jì)、制造和成本以至于使用上都是不經(jīng)濟(jì)的，維護(hù)工作也很困難。尤其是廣播數(shù)字化改造的今天，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和維護(hù)與傳統(tǒng)的電子管發(fā)射機(jī)相比要求更高，更細(xì)致。不僅要考慮載波點(diǎn)上的阻抗匹配，更要考慮通帶內(nèi)的幅頻特性，而且要求阻帶有足夠的衰減，也就是說(shuō)既要讓通帶內(nèi)的廣播信號(hào)低損耗的通過(guò)，又阻止其他干擾信號(hào)通過(guò)，特別是鄰近的其他廣播信號(hào)倒送過(guò)來(lái)，這就不得不使用匹配網(wǎng)絡(luò)和阻塞網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際工作中還應(yīng)考慮我國(guó)南北氣候變化、季節(jié)變化、土壤干濕對(duì)天線和發(fā)射機(jī)接地電阻隨季節(jié)變化的影響。

特別要指出的是:天線處于雙工或多頻共塔時(shí)，其底部最大電壓是兩個(gè)或以上頻率最大電壓之和。如果發(fā)射機(jī)功率較大，必須考慮底座絕緣子的長(zhǎng)度是否足夠。

2 匹配網(wǎng)絡(luò)

所謂匹配網(wǎng)絡(luò)就是將鐵塔的輸入阻抗Rin+jXin和饋線的特性阻抗W相匹配的網(wǎng)絡(luò)，有了良好的匹配網(wǎng)絡(luò)就可以減少反射波，降低饋線上的駐波比。匹配網(wǎng)絡(luò)可以用T型、∏型或倒∟型等四端網(wǎng)絡(luò)。由于該網(wǎng)絡(luò)元件少，易于調(diào)整，匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值是按照實(shí)測(cè)天線輸入阻抗計(jì)算確定。尤其是全固態(tài)發(fā)射機(jī)和數(shù)字發(fā)射機(jī)的輸出功率是由一定數(shù)量的功率模塊的輸出功率經(jīng)功率合成后得到。當(dāng)負(fù)載為純阻并等于所要求的阻值時(shí)，各功率場(chǎng)效應(yīng)管均工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上電流、電壓的相位差接近90度，因此場(chǎng)效應(yīng)管功耗很少，整機(jī)效率非常高，相比之下對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)的要求就高。

由于天線的互逆性，高大的發(fā)射天線同樣也是性能超群的接受天線，當(dāng)本臺(tái)的其他發(fā)射機(jī)正在工作或距離較近的大功率電臺(tái)正好播出時(shí)，該天線就會(huì)接收到較高的高頻電壓。這類射頻倒送無(wú)論對(duì)以往的電子管發(fā)射機(jī)還是今天的全固態(tài)發(fā)射機(jī)和數(shù)字發(fā)射機(jī)或何種發(fā)射機(jī)都帶來(lái)致命的影響。

射頻倒送現(xiàn)象對(duì)電子管發(fā)射機(jī)的影響就是串音。因?yàn)殡娮庸鼙旧砟艹惺茌^高的電壓，而且每個(gè)電子管能承受的熱損耗都比較大，電子管的非線性及高輸入阻抗就會(huì)在末級(jí)槽路產(chǎn)生出明顯的互調(diào)產(chǎn)物——串音。

對(duì)于全固態(tài)發(fā)射機(jī)和數(shù)字發(fā)射機(jī)而言，由于場(chǎng)效應(yīng)管工作于開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，內(nèi)阻低，雖然也會(huì)產(chǎn)生雜音和串音，但是比起電子管發(fā)射機(jī)來(lái)不明顯。射頻倒送對(duì)全固態(tài)發(fā)射機(jī)和數(shù)字發(fā)射機(jī)的危害主要有兩個(gè)方面:一是射頻電壓倒送到功放電路，由于這類電路工作于開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，要求激勵(lì)波型具備陡峭的前后沿以減小場(chǎng)效應(yīng)管的功耗。倒送嚴(yán)重時(shí)倒送電壓和發(fā)射機(jī)激勵(lì)電壓疊加在一起，使激勵(lì)波形發(fā)生畸變，場(chǎng)效應(yīng)管的功耗加大，瞬間損壞大量場(chǎng)效應(yīng)管。而且由于發(fā)射機(jī)激勵(lì)電壓和射頻倒送電壓相疊加，使欠激，過(guò)激等檢測(cè)電路不能正常工作。二是射頻電壓倒送過(guò)大會(huì)使駐波比檢測(cè)電路報(bào)警，使發(fā)射機(jī)自動(dòng)保護(hù)或自動(dòng)關(guān)機(jī)，造成播音中斷。

要有效抑制射頻倒送，就要使發(fā)射機(jī)特性阻抗和饋線特性阻抗完全匹配，就要有良好的阻塞網(wǎng)絡(luò)。

3 阻塞網(wǎng)絡(luò)和抵消網(wǎng)絡(luò)

所謂阻塞網(wǎng)絡(luò)就是用感性阻抗元件和容性阻抗元件組成的諧振網(wǎng)絡(luò)及抵消原件組成的抵消網(wǎng)絡(luò)抵消對(duì)工作頻率所呈現(xiàn)的電抗。常選用一組LC并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，在其諧振頻率上呈現(xiàn)很大的阻抗（如幾十千歐），可以阻止該頻率信號(hào)通過(guò)，對(duì)于其他頻率則是某一電抗，可以看作是匹配網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載有些變化或天線輸入阻抗的電抗部分增加了一個(gè)電抗，重新計(jì)算，匹配一下即可。用計(jì)算方法可確定阻塞元件和抵消元件的數(shù)值，根據(jù)現(xiàn)有的元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)出的網(wǎng)絡(luò)也容易實(shí)施，方便設(shè)計(jì)和調(diào)整。實(shí)際工作中還需使用平衡電橋多次測(cè)算和修正才能使設(shè)計(jì)方案適合于實(shí)際工作需要且便于以后使用和維護(hù)。

另外，當(dāng)一個(gè)中波臺(tái)有兩副以上天線且距離較近時(shí)，其感應(yīng)電壓就會(huì)產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時(shí)就可使某些PDM機(jī)和DAM機(jī)自動(dòng)封鎖。所以在天調(diào)系統(tǒng)中要接入一個(gè)或幾個(gè)阻塞網(wǎng)絡(luò)以減少其他天線的干擾。這些阻塞網(wǎng)絡(luò)可以是L、C并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，也可以是并聯(lián)旁路的L、C串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。通常選最經(jīng)濟(jì)安全的一種。當(dāng)然，在天線輸入端加入了這些網(wǎng)絡(luò)后，匹配網(wǎng)絡(luò)也需重新計(jì)算和調(diào)整，才能確保天線和饋線完全匹配。

4 設(shè)計(jì)使用實(shí)例

我臺(tái)采用三頻共塔發(fā)射，三部發(fā)射機(jī)分別工作于中波540 kHZ，中波1 008 kHz，中波1 269 kHz。計(jì)算和設(shè)計(jì)圖略。

為了降低匹配網(wǎng)絡(luò)和阻塞網(wǎng)絡(luò)的視在功率，阻止頻率高的阻塞網(wǎng)絡(luò)的電感值要小一些;阻止頻率低的阻塞網(wǎng)絡(luò)的電感值要大一些。

對(duì)于1 269 kHz頻率支路的阻塞網(wǎng)絡(luò)就是要阻止1 008 kHz和540 kHz的射頻倒送。因?yàn)槿齻€(gè)共塔頻率滿足共塔要求，而且f3?f2，f3?f1，則抵消元件要取感性阻抗元件以便抵消阻塞網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)得容性阻抗。否則就會(huì)引起反射功率增大，輕則過(guò)荷、打火或保護(hù)性關(guān)機(jī)，重則損壞發(fā)射機(jī)，造成停播事故。

對(duì)于1 008 kHz頻率支路的阻塞網(wǎng)絡(luò)就是要阻止1 269 kHz和540 kHz的射頻倒送。因?yàn)槿齻€(gè)共塔頻率滿足共塔要求，而且f3?f2，f2?f1，所以阻塞網(wǎng)絡(luò)既有感性阻抗又有容性阻抗，相比之下則抵消網(wǎng)絡(luò)就必定同時(shí)要有感性抵消元件和容性抵消。

對(duì)于540 kHz頻率支路的阻塞網(wǎng)絡(luò)就是要阻止1 008 kHz和1 269 kHz的射頻倒送。因?yàn)?f2?f1，f3?f1，所以阻塞網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)感性阻抗。抵消元件就可以取容性阻抗。

通過(guò)計(jì)算就可大體確定阻塞網(wǎng)絡(luò)和抵消元件的數(shù)值。實(shí)際安裝時(shí)要注意分層次安裝，不同頻率支路安在不同平面的鐵架上，以便隔離屏蔽，同一層面小范圍內(nèi)最多只能安裝三個(gè)電感線圈并且方向要三維垂直，以便減小相互影響，電感線圈的引線在電感線圈內(nèi)部走，不用的較大電感余量要短路，電感線圈要留有余量，以便安裝調(diào)整。這樣一來(lái)就可以調(diào)試出安全穩(wěn)定的阻塞網(wǎng)絡(luò)和抵消網(wǎng)絡(luò)，確保共塔發(fā)射的各個(gè)頻率互不干擾地工作于同一個(gè)發(fā)射天線上，達(dá)到共用天線的目的。經(jīng)實(shí)際使用，我臺(tái)的三頻共塔天線運(yùn)行安全、工作穩(wěn)定、維護(hù)方便、確實(shí)可行。

5 新型天線發(fā)展方向

中波廣播發(fā)射天線，常用單塔天線或帶頂負(fù)荷的單塔天線，現(xiàn)在多采用并饋式中波天線，由一個(gè)導(dǎo)線鐵塔和周圍一組導(dǎo)線組成，這些導(dǎo)線上端與鐵塔連接，下端接棒型絕緣子。也是一種垂直振子，輻射原理與一般單塔天線一樣，不同的是它的支持物是底部直接接地不饋電，饋電線只與鐵塔四周的導(dǎo)線相連。相當(dāng)于在垂直振子的輸入端并聯(lián)了一個(gè)很大的電抗。優(yōu)點(diǎn)是不用鐵塔底座絕緣，也不用筒形絕緣，塔身直接接地，有利于防雷擊，也有利于綜合開(kāi)發(fā)利用。比如在本天線頂端安裝FM天線。如使用自立式鐵塔作支持物，還可節(jié)省大量拉繩及其地錨的占地，尤其是在功率較大還需要雙頻共塔或多頻共塔的中波臺(tái)。所以有慢慢推廣之勢(shì)，或者說(shuō)中波廣播發(fā)射天線又多了一種選擇。只不過(guò)要注意并饋點(diǎn)的高度與工作頻率及整個(gè)塔高有著密切關(guān)系，要仔細(xì)選擇，通常通過(guò)模擬天線實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。此類天線在國(guó)外早已使用，近幾年我國(guó)一些電臺(tái)使用后效果也不錯(cuò)，大有推廣普及更新?lián)Q代之態(tài)勢(shì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

中波廣播共用天線，匹配網(wǎng)絡(luò)及阻塞網(wǎng)絡(luò)連同抵消網(wǎng)絡(luò)是相互依存的，缺一不可，否則不能完成工作需要，更談不上優(yōu)質(zhì)安全完成廣電總局的“三滿”要求和“十二字”方針。只有不斷努力探索，不斷改進(jìn)，在實(shí)際工作中不斷完善才能協(xié)調(diào)好各自的關(guān)系，把發(fā)射工作推向新的高度，迎接數(shù)字化浪潮的沖擊，走出中波廣播發(fā)展的新路子，把工作做好、做大、做圓滿，走出現(xiàn)代化的數(shù)字中波廣播發(fā)展步伐。

［1］陳曉衛(wèi).全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)使用與維護(hù)［M］.北京:中國(guó)廣播出版社，2002.

［2］劉洪才，李天德，李棟，等.廣播發(fā)射與衛(wèi)星傳輸理論基礎(chǔ)［M］.北京:中國(guó)廣播電視出版社，2002.