氣溫變化引起中波調(diào)配網(wǎng)絡(luò)失諧的原因探討

滕林 石利民 張居歡

【摘要】中波頻率范圍是535KHz～1605KHz，頻率間隔為9KHz，對(duì)于一個(gè)同時(shí)有多個(gè)發(fā)射頻率的發(fā)射臺(tái)來說，臨頻干擾會(huì)影響發(fā)射機(jī)正常工作，引起駐波比升高，嚴(yán)重時(shí)燒壞元器件。本文通過對(duì)元器件的實(shí)驗(yàn)測量、理論分析與數(shù)據(jù)計(jì)算找到影響匹配網(wǎng)絡(luò)失諧的原因，并給出切實(shí)可行的解決辦法。

【關(guān)鍵字】串聯(lián)諧振? ;并聯(lián)諧振;陷波電路? ;諧振頻率? ;網(wǎng)絡(luò)分析

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.05.008

現(xiàn)代發(fā)射機(jī)末級(jí)多采用全固態(tài)功放模塊，抗過載能力差，為保護(hù)發(fā)射機(jī)正常工作，調(diào)配網(wǎng)絡(luò)都設(shè)計(jì)有多級(jí)抑制臨頻干擾的陷波電路，同時(shí)發(fā)射機(jī)本身檢測電路對(duì)駐波電壓有自動(dòng)檢測和自動(dòng)保護(hù)功能。中波調(diào)配網(wǎng)絡(luò)位于中波天線饋點(diǎn)與中波饋線之間，主要任務(wù)是將天線輸入阻抗變換到與饋線特性阻抗相匹配，以達(dá)到最佳傳輸效果，同時(shí)要完成對(duì)臨頻的抑制作用。徐州中波臺(tái)有8個(gè)頻點(diǎn)，相鄰頻點(diǎn)間的最小間隔為62KHz，在四季溫差變化時(shí)，部分發(fā)射機(jī)的天線駐波比會(huì)增大，嚴(yán)重時(shí)發(fā)射機(jī)自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)，造成停播，一般采用改變臨頻陷波頻率（調(diào)節(jié)對(duì)臨頻陷波電路電感大小，如圖1中L2）的應(yīng)急辦法解決，有些頻率年調(diào)節(jié)次數(shù)在4-5次以上，影響播出安全。因此，找出氣溫變化時(shí)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)失諧的根本原因尤為必要。

1. 原理分析與單個(gè)元器件的測試

一般調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中的陷波網(wǎng)絡(luò)可以等效成串聯(lián)諧振電路，如下圖1：

要求LC串聯(lián)震蕩電路諧振在陷波頻率上，此時(shí)臨頻干擾被完全吸收。既然通過改變陷波回路中電感大小的方法能解決發(fā)射機(jī)駐波比超限問題，說明引起網(wǎng)絡(luò)失諧原因是電感或電容發(fā)生了溫漂。

（1）本臺(tái)各個(gè)頻點(diǎn)的陷波網(wǎng)絡(luò)都是采用RX7介質(zhì)的陶瓷電容，通過查找相關(guān)資料該種電容的參數(shù)為：XR7介質(zhì)電容電氣性能較穩(wěn)定，隨時(shí)間、溫度、電壓的變化，其特性變化不明顯，適用于要求較高的隔直、耦合、旁路、濾波電路以及可靠性要求較高的中高頻電路的特性：

通過上述參數(shù)，我們不難看出，該種電容的溫漂系數(shù)為，環(huán)境溫度每變化10℃，電容容量變化大約1%左右。我臺(tái)每年環(huán)境氣溫變化范圍大約在-12℃～38℃，溫差大概50℃，因此電容容量變化大概為5%左右。

（2）本臺(tái)匹配網(wǎng)絡(luò)均采用銅質(zhì)電感，其含銅量為99.4%;銅質(zhì)電溫漂是非線性，而且受溫度變化不大。

下面我們通過實(shí)際測試的方法，驗(yàn)證上述推論。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：室溫16℃

實(shí)驗(yàn)器材：電容（約2200Pf）、電感、網(wǎng)絡(luò)分析儀（PNA32628D）、電冰箱、測溫槍

實(shí)驗(yàn)頻率：1359KHz

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

第一，常溫下測電容容抗為：1.7-49.2jΩ（如圖2所示），電感表面溫度約為10℃，通過計(jì)算得出此時(shí)的電容容量約為：2380Pf;

第二，將電感放入冰箱內(nèi)冷凍30分鐘，取出電感測得此時(shí)的電容容抗為：1.9-48.4jΩ（如圖3所示），其表面溫度約為-6℃，通過計(jì)算得出此時(shí)的電容容量約為2419Pf。

兩次測出的電容容量相差39Pf，比原先容抗增加約16.3%，溫度下降約為16℃，與我們之前做出的推斷完全相符。

第三，使用同樣的方法測得在常溫時(shí)候的感抗為28j（如圖4所示），冷凍30分鐘后測得感抗為27.6j（如圖5所示）。兩次測得結(jié)果沒有太大變化，溫度的變化對(duì)電感參數(shù)影響不大。

3. 取我臺(tái)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析

我臺(tái)采用雙頻供塔，1359KHz和801KHz兩個(gè)頻率共用一個(gè)發(fā)射天線。圖6為1359KHz的匹配網(wǎng)絡(luò)，每到季節(jié)交替氣溫波動(dòng)時(shí)，陷1269KHz的吸收網(wǎng)絡(luò)總需要調(diào)整。從以上實(shí)驗(yàn)可以得出，由于電容在溫度變化時(shí)候，參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致限波網(wǎng)絡(luò)發(fā)生偏移。下面將采用模擬氣溫變化，通過數(shù)據(jù)計(jì)算的方法來驗(yàn)證該結(jié)論。

圖6中陷1269KHz吸收網(wǎng)絡(luò)，L3、C2并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)諧振在1359KHz，串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)諧振在1269KHz。假設(shè)溫度下降20℃，電容容量變化2%，此時(shí)C2為2244P，C3為224.4P，電感L3和L4由于變化量較小，忽略不計(jì)。

3.1 并聯(lián)諧振電路（L3、C2）分析

根據(jù)諧振頻率計(jì)算公式：

可以計(jì)算出此時(shí)C2-L3并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率1345KHz;該并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)發(fā)生頻偏14KHz。該網(wǎng)絡(luò)對(duì)1359KHz信號(hào)的阻塞變差。

3.2 串聯(lián)諧振電路的分析

并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)對(duì)1269KHz的等效阻抗為：

可以計(jì)算出常溫下，LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)1269KHz的阻抗為286j，陷波電路等效電路圖如圖7：

溫度變化后串聯(lián)諧振頻率同樣會(huì)發(fā)生變化，記為：f△;根據(jù)串聯(lián)諧振時(shí)的阻抗特性：XL=1/Xc，可以有如下公式：

其中，C2=2244P、C3=224.4P、L3=6.24μH、L4=22.85μH，將數(shù)值代入上式可以算出f△=1299KHz，頻率偏離1269KHz達(dá)30KHz。

從上述模擬溫度變化時(shí)，串并聯(lián)電路都會(huì)發(fā)生頻偏的問題，從而導(dǎo)致并聯(lián)電路和串聯(lián)電路選擇性都會(huì)變差。

4. 解決方案

目前，各臺(tái)解決方案有兩種，一是每到季節(jié)交替，環(huán)境溫差變化較大時(shí)及時(shí)調(diào)整電感L4，此種方法比較繁瑣，也影響安全播出。另外一種方法是通過在各調(diào)配房加裝空調(diào)的辦法，該方法大大增加運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)量。還有就是通過更換更加穩(wěn)定可靠的電容解決這個(gè)問題。我們通過對(duì)市場上的多種介質(zhì)的電容做比對(duì)，發(fā)現(xiàn)真空電容由于其介質(zhì)的特異性，受溫度影響較小。最終我們采用更換真空電容的辦法解決由于溫度變化限波網(wǎng)絡(luò)失諧的問題。我們對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，將1269KHz陷波電路中的瓷介電容更換為真空電容，通過一年多的持續(xù)監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有偏離的現(xiàn)場，徹底解決了網(wǎng)絡(luò)溫漂的現(xiàn)象，保障了安全播出。

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