淺析自立塔式中波小天線天饋匹配網絡的原理和調試

文/羅宇

引言

我臺新架一座48米高的自立塔式中波小天線，天線采用了實用的自立式鋼塔結構，無拉線，占地面積小，維護方便，用來實現900KHz和1206KHz雙頻共塔播出。該天線調配雙工網絡的設計原理使天線的帶寬得以展寬，帶外衰減大大提高，有效防止了本臺或臨近臺其他頻率之間的相互串擾，同時使天線端與發(fā)射機之間形成物理隔離，并形成多次防雷接地，從而大大提高了發(fā)射機的防雷效果[1]。這里，主要介紹我臺中波小天線天饋匹配網絡的原理和調試過程。

1.天饋匹配網絡各部分功能

1.1 預調網絡

由于中波小天線對不同的工作頻率有不同的天線輸入阻抗，預調網絡可以使兩個不同頻率的天線輸入阻抗轉變成比較接近的數值。如果沒有預調網絡的接入，會因阻抗的差異過大而造成天線端的電壓、電流差異很大，天線端的泄漏電壓相差也大，容易造成串音；也會造成一路的阻塞網絡的視在功率大，匹配網絡的視在功率也大，會影響發(fā)射機的效率和穩(wěn)定性，所以要加入預調網絡。

1.2 阻塞網絡

雙工網絡中的阻塞網絡主要起相互隔離，防止互竄的作用，本頻通過時阻抗小，阻塞它頻時阻抗大。

1.3 阻抗匹配網絡

通過匹配網絡使天線與饋線達到阻抗匹配，才能將發(fā)射機輸出的高頻能量最有效地傳播出去，若天線與饋線失配，不僅影響?zhàn)伨€的傳輸效率，還將在饋線上產生反射波從而形成駐波，給發(fā)射機的穩(wěn)定工作帶來不利的影響，甚至給設備造成不必要的損壞。匹配網絡型式有四種，分別為型、倒型、T型、π型[2]。

Г型網絡：從原理上講，Г型網絡可以對任意阻抗進行轉換，為了保證天調網絡具有一定的帶寬，天調網絡必須滿足Q值的要求。因為Г型網絡只有兩個元件組成，它的Q值是不能變化的，經設計后的雙工匹配網絡要在滿足網絡Q值的前提下才可以使用。

T型匹配網絡：T型網絡可以對任意阻抗進行轉換，由于增加了一個串臂元件，它可以看作是倒Г型網絡和正Г型網絡的并臂并聯組成的， 它可以通過選取不同的元件值來改變Q值， 滿足網絡對Q值的要求。

π型匹配網絡：π型網絡也可以對任意阻抗進行轉換， 由于增加了一個并臂元件，它可以看作是正Г型網絡和倒Г型網絡串臂串聯組成的， 它也可以通過選取不同的元件值改變Q值， 滿足網絡對Q值的要求。

我臺中波小天線采用的是Γ型匹配網絡。

1.4 陷波網絡

陷波網絡在天調網絡中往往起著濾波的作用，對網絡的阻抗沒有影響，其形式有串聯諧振和并聯諧振的多種組合。

2.自立塔式中波小天線天饋網絡器件構成和作用

我臺自立塔式中波小天線天饋網絡原理圖如圖1所示。網絡中各器件的構成和作用是：（1）L1和C1對900KHz構成并聯諧振，讓饋線送來的900KHz射頻信號不落地，高效傳輸到Γ型網絡進行阻抗匹配，同時利用L1的抽頭位置可改變輸入阻抗；（2）L2和C2構成Γ型網絡實現阻抗變換；（3）L4和C4組成并聯諧振阻塞1206KHz進入本網絡，對900KHZ來說呈感性，它與C3組成串聯諧振為900KHz提供通路，但是不易調整，因此加入了L3方便調整；（4）L0為預調網絡，同時還有防雷作用。對1206KHz網絡只是少了C3，因為L4"和C4"組成并諧對1206KHz來說呈容性，它與L3"實現串諧也方便調整。

圖1

3.天饋匹配網絡的調試

調試天饋匹配網絡過程如下：

第一步，測量小天線對兩個頻率的輸入阻抗。斷開小天線與網絡的所有接點，網絡分析儀正端接小天線，負端接地，測得：900KHz的阻抗ZA=38.3-j 13.2，1206KHz的阻抗ZA=51.6-j 8.3。

第二步，把L0與小天線接上，其他網絡器件仍不用接，進行調試，改變L0的電感量，找到一個使兩個頻率的阻抗實部比較接近的最佳點，最后測得的是：900KHz的阻抗ZA=45-j 13，1206KHz的阻抗ZA=49.5-j 10.4。此時，預調網絡L0算已調好了。

第三步，調整由L4和C4組成的阻塞網絡，以阻塞另一個頻率1206KHz，獨立測L4和C4并聯諧振點。將連接L4、C4的其他器件斷開，接上網絡分析儀并設置在1206KHz范圍中，通過調整L4電感量，讓其諧振在1206KHz。

第四步，調整L4、C4和L3、C3組成的串諧網絡。應把連接著的其他器件斷開，將網絡分析儀設置在900KHz范圍中，調整L3，讓其諧振在900KHz。

第五步，調整由L1和C1組成的并聯諧振。將網絡分析儀設置在900KHz范圍中，調整L1電感量讓其諧振在900KHz。

第六步，把天調網絡所有的接點都連接上，調整由L2和C2組成的Γ型阻抗匹配網絡。把網絡分析儀接到900KHz的網絡柜輸入端，調整L2的電感量，同時改變L1的抽頭位置，使輸入阻抗接近于饋線的阻抗。我們最后調到的阻抗是ZA=50.6-j 1.2，這樣，雙頻共塔900KHz這邊的天調網絡就算調試完成了。

用同樣的方法對另一邊1206KHz網絡完成調試。經過調試后，我們在1206KHz的網絡柜輸入端測得的阻抗是ZA=50.2-j 1.2。

用網絡分析儀測得小天線對應兩頻點的天饋匹配網絡指標數據如表1、圖2和圖3所示。

表1 小天線天饋匹配網絡指標

圖2 900KHz阻抗及駐波

圖3 1206KHz阻抗及駐波

第七步，把發(fā)射機接通天線測量電聲指標。自立塔小天線天饋網絡調試完畢后，把發(fā)射機倒換到小天線，用調幅音頻綜合測試儀分別測量了對應兩部發(fā)射機的三大電聲指標，經測試，三大電聲指標均達到了部頒的甲級標準。

第八步，送信號試播并收測播出效果。我們用1KWPDM發(fā)射機全功率試播，900KHz和1206KHz的兩部發(fā)射機穩(wěn)定運行，機器指標參數正常，經紅外測溫槍檢測發(fā)射機和天饋網絡溫度正常。由于氣候、天氣的影響，有時需要對天調網絡進行微調，達到最佳工作狀態(tài)。

在城市郊區(qū)不同地點收測信號場強，與現有的68米拉線塔發(fā)射覆蓋的效果相比較（對照表如表2所示），場強基本一樣，收聽的廣播聲音清晰，在開闊的地段小天線的收聽效果還略好一些。

表2

結語

隨著全國城市化的發(fā)展，土地資源越來越珍貴，而中波發(fā)射臺站通常需要占用大量的土地面積，與當今社會發(fā)展有所沖突。中波小天線由于尺寸小，重量輕，占用土地面積不大，很好地解決了這個問題。我們臺作為廣東省廣播電視技術中心下屬臺站建設的第一座48米自立塔式中波小天線，具有標桿作用，投入使用后，經過兩年多時間的觀察，其工作是穩(wěn)定可靠的，為場地受限制的臺站對天線的選擇提供了一種可行的解決方案。

[1]金明.中波廣播電視發(fā)射臺理論基礎及設備維護維修技術手冊.中國廣播電視出版社，659-692.

[2]伍嘉煦.中波廣播發(fā)射天線雙工匹配網絡的設計與實現[N].電子科技大學，2011-10-01.