中波天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

明 震

在無(wú)線電技術(shù)當(dāng)中經(jīng)常會(huì)遇到阻抗匹配的有關(guān)問(wèn)題。阻抗匹配就是指信號(hào)在傳輸系統(tǒng)中，各環(huán)節(jié)之間存在特定的配合關(guān)系。阻抗匹配的意義就在于將信號(hào)源高質(zhì)量、無(wú)損耗地傳輸?shù)截?fù)載上，以實(shí)現(xiàn)傳輸效率最大化、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的目的。引申到中波發(fā)射系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)可以看作是信號(hào)源，饋線就是信號(hào)源的傳輸線，中波天線就是信號(hào)源的負(fù)載，那么在這個(gè)系統(tǒng)中首先要求發(fā)射機(jī)與饋線相互匹配，其次就是饋線與中波天線相互匹配，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)匹配。目前，國(guó)內(nèi)外的中波發(fā)射機(jī)一般輸出阻抗均為50 Ω，市場(chǎng)上也可以直接購(gòu)買到特性阻抗為50 Ω的饋線，這樣就可以直接將發(fā)射機(jī)和饋線相連接，而中波天線的阻抗往往不可能剛好是50 Ω的純電阻狀態(tài)，不能將饋線與天線直接相連接，這時(shí)就要求在饋線與天線之間增加一套阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，以使天線阻抗等于饋線特性阻抗。即該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與天線相連接之后通過(guò)調(diào)節(jié)該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)器件參數(shù)以使該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗等于50 Ω。在這個(gè)系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)與饋線相互匹配，饋線與中波天線通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)達(dá)到相互匹配，整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)也就達(dá)到匹配了。這樣就可以保證中波天線獲得最大空間輻射功率，實(shí)現(xiàn)最大范圍的有效覆蓋，同時(shí)整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)因幾乎無(wú)駐波電壓的出現(xiàn)達(dá)到整體穩(wěn)定運(yùn)行的目的。將在饋線與天線之間增加的這套阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)稱之為天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)。天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法和思路有多種，而這種通過(guò)串并聯(lián)相互等效轉(zhuǎn)換原理，再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因素Q來(lái)設(shè)計(jì)并計(jì)算天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的方法更加容易理解和掌握，下面就此方法展開論述。

1 電容、電感的電抗值計(jì)算

在天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中起阻抗匹配作用的主要器件就是電容和電感。電容的電抗叫做容抗，電感的電抗叫做感抗。

電感的感抗計(jì)算公式為：

2 串、并聯(lián)電路相互等效轉(zhuǎn)換公式的推導(dǎo)

如圖1所示，RP和XP并聯(lián)，RP為電阻，XP為電抗（可以是容抗也可以是感抗），此處定義XP為感抗予以計(jì)算。

圖1 并聯(lián)電路

將并聯(lián)計(jì)算展開：

（2）式可以理解為是實(shí)部和虛部?jī)刹糠执?lián)組成，設(shè)RS為實(shí)部，XS為虛部，則（2）式可以表示為：

可以用圖2電路圖表示（3）式，則圖2與圖1相互等效。

圖2 串聯(lián)電路

由（2）式和（3）式可得出：

將（4）式和（5）式代入并聯(lián)品質(zhì)因數(shù)公式：

最后提出來(lái)的一個(gè)問(wèn)題：“公共財(cái)政究竟離我們有多遠(yuǎn)”？我們說(shuō)究其本質(zhì)，公共財(cái)政是一個(gè)民主財(cái)政，是一個(gè)控權(quán)財(cái)政，如果說(shuō)人民對(duì)政府的公權(quán)力沒有辦法得到監(jiān)督和制約，我們的人大機(jī)關(guān)不能有效的形式對(duì)預(yù)算的監(jiān)督權(quán)、否決權(quán)的話，那么我們想公共財(cái)政的問(wèn)題依然沒有辦法解決，所以說(shuō)，我們最后對(duì)我國(guó)公共財(cái)政建設(shè)的一個(gè)認(rèn)識(shí)就是任重而道遠(yuǎn)。感謝各位老師。

從以上的推導(dǎo)結(jié)果，可以得到如下關(guān)系式：

3 串、并聯(lián)等效轉(zhuǎn)換公式在阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的應(yīng)用

在一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中，可以利用上述串并聯(lián)相互等效轉(zhuǎn)換公式來(lái)計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)所需器件的參數(shù)。假設(shè)有兩只不同的電阻RP和RS（RP＞RS），要求在這兩個(gè)電阻之間加一阻抗變換四端網(wǎng)絡(luò)，使這兩只電阻相互匹配，即讓四端網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗等于RS，輸出阻抗等于RP。如圖3所示，只需要分別計(jì)算出XP和XS的參數(shù)就可以了。因?yàn)镽P＞RS，所以采用“倒?！钡木W(wǎng)絡(luò)形式。

圖3 阻抗變換四端網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)串并聯(lián)相互轉(zhuǎn)換公式，先求出網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)：

因?yàn)橐咕W(wǎng)絡(luò)兩端達(dá)到匹配，XP和XS必須采用相反的電抗才可以。所以，將符號(hào)考慮進(jìn)去，得到：XS=±QRS，

當(dāng)XS取容抗時(shí)，XP必須為感抗；反之當(dāng)XS取感抗時(shí)，XP必須為容抗。

4 天線的調(diào)配

天線的調(diào)配從本質(zhì)上講就是一種阻抗匹配的工作，以某臺(tái)單塔天線為例，運(yùn)用以上推導(dǎo)的公式，說(shuō)明天線的調(diào)配過(guò)程。

已知某電臺(tái)頻率f0＝747 kHz，天線阻抗ZA=15-j30=RA-jXA，饋線的特性阻抗W=50Ω，現(xiàn)在要通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)使天線阻抗與饋線特性阻抗相互匹配。因?yàn)閃＞RA，所以采用“正?！逼ヅ渚W(wǎng)絡(luò)，并臂電抗XP應(yīng)在饋線端，而串臂XS應(yīng)接在天線端，如圖4所示。

圖4 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)以上推導(dǎo)公式：

則XS=X'S+XA=j(22.95+30)=j52.95Ω（感抗）

再由電感電容的電抗公式分別求得電感LS和電容CP為：

5 天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試與調(diào)整

上面通過(guò)利用串并聯(lián)等效轉(zhuǎn)換公式的方法得到了天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)各器件的參數(shù)，按其結(jié)果來(lái)組裝調(diào)配網(wǎng)絡(luò)，再接上天線與饋線（按圖4連接），但是往往并不一定能達(dá)到預(yù)期的效果。也就是說(shuō)，并不一定能得到良好的或者滿意的匹配。這是由于在安裝時(shí)，存在著無(wú)法預(yù)估的分布電容和引線電感，以及電容自身容量的誤差，所以其結(jié)果并不一定能完全令人滿意。所以，安裝完畢以后，還要對(duì)系統(tǒng)作一次較為仔細(xì)的調(diào)整，使其盡量接近預(yù)料的結(jié)果，達(dá)到理想的匹配。

在調(diào)配網(wǎng)絡(luò)按計(jì)算結(jié)果組裝完成以后，用阻抗電橋（最好是用矢量阻抗儀或網(wǎng)絡(luò)分析儀等）在調(diào)配室的饋線窗口處將饋線甩開，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)輸入端的輸入阻抗，通過(guò)反復(fù)交替調(diào)整XP和XS的方法使其輸入阻抗等于或盡可能接近饋線的特性阻抗，此時(shí)天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試與調(diào)整才完成。

6 天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的考驗(yàn)

調(diào)配工作結(jié)束以后，就是實(shí)際加功率考驗(yàn)了。將發(fā)射機(jī)的功率逐步加到饋線上，在加功率的同時(shí)要分別觀察調(diào)配網(wǎng)絡(luò)及發(fā)射機(jī)，看在加功率的過(guò)程中有何異常反映，直至加到滿功率，若無(wú)異常的情況下接下來(lái)逐步加上調(diào)幅直至m＝1，再將調(diào)幅退至m在0.35～0.5，連續(xù)工作半小時(shí)后，關(guān)機(jī)進(jìn)調(diào)配室摸溫，檢查電感電容的溫升情況，如無(wú)異常再試播音。在第一次長(zhǎng)時(shí)間試播之后，應(yīng)再次關(guān)機(jī)立即進(jìn)行摸溫檢測(cè)，如無(wú)異常，詳細(xì)記錄調(diào)配網(wǎng)絡(luò)所使用器件的參數(shù)并歸檔，以備日后維護(hù)時(shí)作為參考，至此調(diào)配工作才算結(jié)束。

7 結(jié)語(yǔ)

中波天線匹配網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣直接關(guān)系發(fā)射機(jī)的發(fā)射效果，以及發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性。往往天線匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要綜合考慮眾多因素，如多頻共塔、天線之間的串?dāng)_、網(wǎng)絡(luò)器件的功率容量等。這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求，廣大廣電技術(shù)工作者只有通過(guò)不斷探索實(shí)踐，從基礎(chǔ)理論出發(fā)，拓展設(shè)計(jì)思路，才能設(shè)計(jì)出更為理想的方案。

[1]何大中,章之儉.廣播電視技術(shù)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011.