移相在發(fā)射機(jī)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)輸出中的應(yīng)用

楊鮮輝 劉向陽(yáng)

摘 要： 中波廣播發(fā)射臺(tái)站是我國(guó)廣播體系中的重要分類，多數(shù)建在地勢(shì)較高周邊環(huán)境平整廣闊的地域，夏季多雷電天氣，嚴(yán)重影響中波廣播的安全播出工作，在全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)有效防雷電形式中，選擇適當(dāng)?shù)妮敵銎ヅ渚W(wǎng)絡(luò)，結(jié)合天線底部半球放電和匹配網(wǎng)絡(luò)中的石墨放電，在此基礎(chǔ)上，可以完美解決雷電天氣對(duì)發(fā)射機(jī)的干擾，實(shí)現(xiàn)安全播出，高效運(yùn)作的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 阻抗匹配；移相網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)；T網(wǎng)絡(luò)

前言：阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來(lái)達(dá)至所有高頻的微波信號(hào)皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回來(lái)源點(diǎn)，從而提升能源效益。史密夫圖表上。電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來(lái)，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會(huì)沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動(dòng)。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會(huì)以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動(dòng)，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹?/p>

共軛匹配：在信號(hào)源給定的情況下，輸出功率取決于負(fù)載電阻與信號(hào)源內(nèi)阻之比K，當(dāng)兩者相等，即K=1時(shí)，輸出功率最大。然而阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當(dāng)負(fù)載阻抗與信號(hào)源阻抗共軛時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的最大傳輸，如果負(fù)載阻抗不滿足共軛匹配的條件，就要在負(fù)載和信號(hào)源之間加一個(gè)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，將負(fù)載阻抗變換為信號(hào)源阻抗的共軛，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

匹配分類：大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過(guò)改變阻抗力（lumped-circuit matching），另一種則是調(diào)整傳輸線的波長(zhǎng)（transmission line matching）。

要匹配一組線路，首先把負(fù)載點(diǎn)的阻抗值除以傳輸線的特性阻抗值來(lái)歸一化，然后把數(shù)值劃在史密夫圖表上。

1、改變阻抗力

把電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來(lái)，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會(huì)沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動(dòng)。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會(huì)以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動(dòng)，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重復(fù)以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹?/p>

2、調(diào)整傳輸線

由負(fù)載點(diǎn)至來(lái)源點(diǎn)加長(zhǎng)傳輸線，在圖表上的圓點(diǎn)會(huì)沿著圖中心以逆時(shí)針?lè)较蜃邉?dòng)，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配。

中波廣播發(fā)射是一門專業(yè)技術(shù)較強(qiáng)的技術(shù)，在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，中國(guó)廣播發(fā)射技術(shù)進(jìn)入數(shù)字化、固態(tài)化、自動(dòng)化的先進(jìn)時(shí)代。阻抗匹配不僅要把輸出阻抗調(diào)整為零，完成匹配。當(dāng)發(fā)射天線遭雷擊時(shí)，塔底放電而使底部電位升高，為防止功放管被高壓損壞，必須在塔基短路瞬間發(fā)射機(jī)輸出口也是短路狀態(tài)。為達(dá)此效果，必須使兩點(diǎn)的電位差為180°的整數(shù)倍，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)插入元件會(huì)有一定的相移就導(dǎo)致了綜合移相與∏的整數(shù)倍有偏差，為使相移補(bǔ)償為180°的整倍數(shù)就應(yīng)該插加移相網(wǎng)絡(luò)。

一是當(dāng)T網(wǎng)絡(luò)輸出端的饋線輸入短路時(shí)，通過(guò)T移相網(wǎng)絡(luò)使功放側(cè)的等效阻抗呈純感性，當(dāng)T網(wǎng)絡(luò)輸出端的饋線阻抗為時(shí)，通過(guò)T網(wǎng)絡(luò)移相，在T網(wǎng)絡(luò)輸入等效為純感抗，限制了功放電路的電流。

二是當(dāng)塔基在雷電放電短路時(shí)，在發(fā)射機(jī)T網(wǎng)絡(luò)輸出口的饋線輸入端也應(yīng)是短路狀態(tài)。根據(jù)長(zhǎng)線理論，要做到這一點(diǎn)就必須使塔基短路時(shí)，到發(fā)射機(jī)T網(wǎng)絡(luò)輸出口的饋線輸入端的短路相位是180°（ ）的整數(shù)倍，只有是180°的整數(shù)倍時(shí)，才能在塔基放電短路時(shí)，在發(fā)射機(jī)輸出口的饋線輸入也呈短路狀態(tài)。由于從發(fā)射機(jī)輸出到塔基的所有部件（饋線的長(zhǎng)短，匹配網(wǎng)絡(luò)，防雷器件等）都會(huì)有一定的相移，綜合后的相移和180°的整數(shù)倍會(huì)有出入，為了把相移補(bǔ)償?shù)降恼麛?shù)倍，通常接入移相網(wǎng)絡(luò)。

若移相網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載是純電阻ZC（ZC是饋線的特性阻抗），則連接移相網(wǎng)絡(luò)后其輸入電阻仍為ZC，輸入電流和輸出電流幅度不變，僅有一相位差，所以接入移相網(wǎng)絡(luò)后并不影響發(fā)射機(jī)和天饋線的阻抗匹配。

3. 移相網(wǎng)絡(luò)

移相網(wǎng)絡(luò)可用T和π網(wǎng)絡(luò)。

a.T網(wǎng)絡(luò)

取上邊符號(hào)為低通網(wǎng)絡(luò)，φ為正值（-φ為負(fù)值），即輸出電流比輸入電流相位滯后，取下邊符號(hào)為高通網(wǎng)絡(luò)，φ為負(fù)值，相位超前。

發(fā)射機(jī)輸出的T網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)移相網(wǎng)絡(luò)，若饋線阻抗Zc為50Ω時(shí)，當(dāng)T網(wǎng)絡(luò)輸出短路時(shí)，T網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗為j50Ω感抗（電感上電流滯后電壓90°）。

則：

發(fā)射機(jī)輸出移相的T網(wǎng)絡(luò)

b.π網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)X1取負(fù)，X2取正，仍是低通滯后移相網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)X1取正，X2取負(fù)是高通超前移相網(wǎng)絡(luò)。

若移相-45°，則X1取負(fù)，X2取正：

當(dāng)防雷移相網(wǎng)絡(luò)需要移相多少度時(shí)，代入該計(jì)算公式，選擇超前或滯后網(wǎng)絡(luò)，并計(jì)算和的大小及性質(zhì)。

由于塔基至發(fā)射機(jī)輸出的環(huán)節(jié)較多，各環(huán)節(jié)的相移計(jì)算比較煩瑣，在實(shí)際運(yùn)用中可用測(cè)試來(lái)看相移量。當(dāng)天饋網(wǎng)絡(luò)匹配調(diào)整完成后，把塔基放電球短路，在不接入相移網(wǎng)絡(luò)的情況下在發(fā)射機(jī)輸出口的饋線端測(cè)阻抗值，并從阻抗圓圖上找出相移角，根據(jù)相位角的大小，再計(jì)算超前或滯后移相網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)接入移相網(wǎng)絡(luò)后在饋線輸入端測(cè)阻抗，這時(shí)饋線輸入端也應(yīng)為短路狀態(tài)，如有誤差，可微調(diào)該移相網(wǎng)絡(luò)。

結(jié)束語(yǔ)：中波廣播發(fā)射臺(tái)肩負(fù)著無(wú)線廣播傳輸?shù)膫ゴ笫姑?，?duì)安全播出時(shí)間有著嚴(yán)格的停播劣播要求，雷電天氣期間對(duì)安全播出有著較大的影響，選擇合適的T型或П型輸出匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)匹配天調(diào)系統(tǒng)（由于從發(fā)射機(jī)輸出到塔基的所有部件饋線的長(zhǎng)短，匹配網(wǎng)絡(luò)，防雷器件等都會(huì)有一定的相移）。在此基礎(chǔ)上，可以有效解決雷電天氣對(duì)天線系統(tǒng)的干擾，保證了發(fā)射機(jī)穩(wěn)定工作，提高了安全播出的效率?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]解蘇漢.《DX中波發(fā)射機(jī)與天饋網(wǎng)絡(luò)》.