中波天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

張?zhí)鞓I(yè)

摘 要 眾所周知，影響中波發(fā)射質(zhì)量的主因有兩個，一是工作穩(wěn)定的發(fā)射機(jī)，二是良好的天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于發(fā)射機(jī)維修維護(hù)方面的方法技巧，我們從事中波臺技術(shù)工作的人員都或多或少積累了一定的工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)射機(jī)維修方面資料也較多，而天饋線匹配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)工作不是太多，一般都請廠家設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試，一旦網(wǎng)絡(luò)出故障也是請廠家技術(shù)人員或有網(wǎng)絡(luò)維修經(jīng)驗(yàn)的同行維修，相比發(fā)射機(jī)維護(hù)維修而言，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、安裝與維護(hù)是中波臺技術(shù)人員的一個短板。本文介紹了天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)，目的是科學(xué)合理地設(shè)計(jì)使用匹配網(wǎng)絡(luò)，最大程度發(fā)揮天線優(yōu)勢，提高發(fā)射效率。

關(guān)鍵詞 天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)；設(shè)計(jì)與調(diào)試；提高發(fā)射效率

中圖分類號 G2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）200-0101-03

1 匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)前，需要考慮的主要因素是發(fā)射頻率、發(fā)射功率、饋線阻抗，天線在工作頻率上的阻抗、共塔頻率及本臺其他工作頻率等情況。第一步需要用中波電橋準(zhǔn)確測出天線在發(fā)射頻率上的特性阻抗，其中還要考慮邊帶阻抗問題，邊帶阻抗與載波頻率阻抗越小越好，最大不能超過20%，否則很難保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性；第二步要根據(jù)共塔頻率情況決定采取什么樣的匹配網(wǎng)絡(luò)（T型、π型、Г型和倒Г型）；第三部需要考慮同塔主頻與本臺其他播出頻率之間的阻塞與吸收網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)形式；第四步是設(shè)計(jì)合理的防雷網(wǎng)絡(luò)?？傊?，匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則是在保證正常穩(wěn)定的使用情況下，以使用最少的元器件、投入最少的資金、取得良好的匹配效果以及有效的防雷、抑制高頻倒送為目的。

2 匹配網(wǎng)絡(luò)各單元的設(shè)計(jì)

通常所說的天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)除了包含阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)外，還包括阻塞網(wǎng)絡(luò)、吸收網(wǎng)絡(luò)、預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)、防雷系統(tǒng)、移相網(wǎng)絡(luò)等。圖1所示為最基本型單個頻率匹配網(wǎng)絡(luò)圖。

2.1 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)

匹配網(wǎng)絡(luò)是天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)的最基本單元，它的輸入端連接饋線，輸出端連接天線，在保證良好通帶特性情況下，其最大作用是使鐵塔輸入阻抗和饋線的特性阻抗相匹配，另起到減少駐波、降低反射、提高效率的作用。根據(jù)播出頻率、成本、調(diào)試維護(hù)等情況，可采用T型、π型、Г型或倒Г型匹配網(wǎng)絡(luò)，圖2分別是以上4種匹配網(wǎng)絡(luò)形式。在圖1中，采用了由L3、C4、C5組成的T型網(wǎng)絡(luò)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)阻塞

匹配網(wǎng)絡(luò)作用是滿足天饋線的匹配，而在實(shí)際工作中，由于雙頻或多頻共塔的存在，天線本身會接收到同塔頻率較高幅度的高頻電壓干擾，會存在天線倒送高頻干擾，這種影響輕者造成發(fā)射機(jī)工作不穩(wěn)定，嚴(yán)重的會造成發(fā)射機(jī)停機(jī)保護(hù)或損壞功放器件。為減少這種影響，須設(shè)計(jì)一個或多個阻塞網(wǎng)絡(luò)，最大限度阻止這種干擾對本頻的影響。

若是雙頻共塔或多頻共塔，任意兩個頻率比值不低于1.25。常言道“殺敵一千、自損八百”，若阻塞頻率離本頻頻率太近，兩個頻率相互阻塞，無形中會增加視在功率，功率損耗大，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性變差，發(fā)射機(jī)工作不穩(wěn)定。合理運(yùn)用阻塞網(wǎng)絡(luò)的多種形式，既保證最大限度阻止干擾頻率，也確保自身頻率不至于損耗太大，圖3是三種常見阻塞網(wǎng)絡(luò)形式。

另外，設(shè)計(jì)阻塞網(wǎng)絡(luò)時，對阻塞頻率的阻抗，應(yīng)盡可能趨向無窮大，當(dāng)然這樣做難度較大，要主頻率一點(diǎn)不損耗也不現(xiàn)實(shí)。當(dāng)阻塞頻率和主頻較近的事實(shí)不可避免時，應(yīng)考慮采用復(fù)合諧振阻塞網(wǎng)絡(luò)來解決。

2.3 吸收網(wǎng)絡(luò)

大多發(fā)射臺站不止一個天線，也不止一兩個頻率，設(shè)計(jì)天線匹配網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)考慮到其它頻率或周邊頻率的影響，對同塔頻率干擾，由于干擾強(qiáng)，一般采用阻塞網(wǎng)絡(luò)阻隔掉。但也不宜所有干擾都用阻塞網(wǎng)絡(luò)解決，畢竟由L-C組成的阻塞網(wǎng)絡(luò)存在非線性問題，其本身也存在損耗問題，而對于本臺其他頻率的干擾，由于相比同塔頻率的干擾要輕的多，可采取吸收網(wǎng)絡(luò)來消除。圖4是4種不同吸收（陷波）網(wǎng)絡(luò)形式。

吸收回路的串接方式是：當(dāng)干擾頻率大于主頻率時采用并聯(lián)諧振串電感連接方式；當(dāng)干擾頻率小于主頻率時采用并聯(lián)諧振串電容連接方式。在圖1中，吸收網(wǎng)絡(luò)由C1、C3、L2、組成，C1、L2、串聯(lián)諧振于要吸收的頻率，串聯(lián)諧振后對諧振頻率呈低阻抗，給干擾頻率提供入地通路，C1、L2、串聯(lián)諧振后再與C3并聯(lián)組成并聯(lián)諧振，諧振于主頻率，這樣此吸收網(wǎng)絡(luò)對本頻率呈高阻抗，從而避免本頻入地造成損耗。

2.4 避雷系統(tǒng)

中波臺發(fā)射天線作為發(fā)射高頻功率信號發(fā)射體同時又是吸引雷電的接受體，天線需要加強(qiáng)本身抗雷能力。常見的幾種防雷措施是：

1）在天線與地之間接入微亨級電感。雷電主要能量是直流低頻能量，由于電感具有通低頻阻高頻特性，在雷電來襲時，可將一定分量的低頻雷電能量直接泄放到地，同時也不會對工作主頻率能量造成影響。如圖1中L0為微亨級電感；

2）使用耐高壓的電容器對雷電進(jìn)行隔離。由于電容具有通高頻阻低頻特性，當(dāng)雷電來襲時，電容可阻止雷電能量到發(fā)射機(jī)，同時又不影響發(fā)射機(jī)一邊主頻率工作能量輸送到天線。如圖1中C0為高壓隔離電容；

3）在天線下端接石墨放電隙，石墨放電隙之間間隙按照1mm間距1kV的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。在通地銅管上套若干低通磁環(huán)，串入低通磁環(huán)目的是發(fā)射機(jī)正常工作時不起作用，但當(dāng)天線受雷擊短路時，由于磁環(huán)對瞬時高能量有很大抗性，可相應(yīng)增加發(fā)射機(jī)保護(hù)時間，提高發(fā)射機(jī)短路阻抗，從而減輕雷電對發(fā)射機(jī)的損害，如圖1中G為放電間隙，下面的圓形黑點(diǎn)是低通磁環(huán)。endprint

匹配網(wǎng)絡(luò)防雷單元有幾種不同的形式，圖5是幾種防雷網(wǎng)絡(luò)形式。第一種L0、C0諧振于本頻，C1為隔直流電容器，L0為防雷下引線圈，該網(wǎng)絡(luò)形式一般用于特性阻抗較低的天線；第二種L0、C0諧振于旁頻，L0+L1為防雷下引線圈，C1為隔直流電容器，該網(wǎng)絡(luò)形式把阻塞網(wǎng)絡(luò)、防雷網(wǎng)絡(luò)、天線阻抗轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)揉為一體，簡化了整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；第三種L1+L0為防雷網(wǎng)絡(luò)下引線圈，C0為隔直流電容器。采用該網(wǎng)絡(luò)形式，可提高天線阻抗虛部，減小匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)難度。

2.5 預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)

設(shè)計(jì)雙頻或多頻共塔網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)考慮各頻率在天線上阻抗差異問題，如果兩個或多個同塔頻率在天線上阻抗差異較大（主要是有的阻抗很低，不易于其它頻率在饋點(diǎn)上匹配）就要考慮阻抗平衡問題，在天線底部加上預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，可平衡饋點(diǎn)上各頻率的阻抗，減少匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)難度，減少功率損耗，圖1中L0、C0不僅起到防雷作用，其最大作用是平衡作用，選擇合適的L0、C0的大小，可相應(yīng)提高或減少天線阻抗，使天線阻抗接近單頻阻抗或兼顧多頻率在此天線上的阻抗，達(dá)到平衡阻抗的目的。

3 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 電氣參數(shù)的冗余量

由于天線匹配網(wǎng)絡(luò)在高溫高壓大電流下工作，通帶功率大，且容易遭受雷擊，因此設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量使用電氣特性好、耐壓高的器件。設(shè)計(jì)參數(shù)留有足夠的余量。對于電容，若單只滿足不了耐壓和功率要求，就要采取多只電容串并聯(lián)方式；為避免電感功率不足造成發(fā)熱嚴(yán)重問題，在空間允許情況下，盡量采用直徑大的銅電感線圈，這樣做可提高電容、電感耐壓和功率要求，減少發(fā)熱量，延長使用壽命。

3.2 匹配網(wǎng)絡(luò)的散熱問題

由于功率損耗的存在，匹配網(wǎng)絡(luò)在工作中散發(fā)熱量很大，特別在夏季，有些散熱不好的調(diào)配室溫度最高可達(dá)60℃以上，網(wǎng)絡(luò)器件上的溫度更高，如此高的溫度會造成器件電氣參數(shù)變化，進(jìn)而引起整個網(wǎng)絡(luò)阻抗變化，發(fā)射機(jī)反射功率大。因此，應(yīng)采取有各式各樣有效的通風(fēng)降溫措施，保證匹配網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。常見散熱方式有散熱窗自然通風(fēng)、軸流風(fēng)機(jī)散熱和地道負(fù)壓通風(fēng)等方式。

3.3 網(wǎng)絡(luò)中元器件的考慮

在匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，在保證實(shí)現(xiàn)匹配功能情況下，應(yīng)盡量簡化整個網(wǎng)絡(luò)元器件，并要考慮到每個電容、電感和連接件的伏安量，不僅要考慮到調(diào)試的方便性，還要考慮到整個網(wǎng)絡(luò)的成本問題。另外，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，盡量不用昂貴的真空電容，多用可調(diào)電感線圈調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。

3.4 安裝注意事項(xiàng)

對新購元器件要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，符合要求后才使用；匹配網(wǎng)絡(luò)中各器件的連接及保護(hù)接地一定要牢固可靠；根據(jù)推算出的各器件接線端電壓大小，留足與其他器件間距，避免高頻拉弧放電；電感與電感之間的擺放除了有一定的安全距離外，最好相互垂直放置，避免相互之間產(chǎn)生磁感應(yīng)，影響特性阻抗。

4 結(jié)論

天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)是發(fā)射系統(tǒng)重要組成部分，設(shè)計(jì)良好的天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)不僅能保證發(fā)射機(jī)工作的穩(wěn)定性，增強(qiáng)防雷效果，降低駐波保護(hù)次數(shù)，同時還大大減輕備件的維護(hù)成本和技術(shù)人員的維護(hù)強(qiáng)度，提高發(fā)射質(zhì)量和效率，為發(fā)射臺的安全播出打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2]潘勝偉，等.中波天線匹配網(wǎng)絡(luò)寬帶化探討[J].廣播與電視技術(shù)，2013，40（12）：102-104.endprint