如何設(shè)計中波天線匹配網(wǎng)絡(luò)

肖云竹

（山西省廣播電視局中波臺管理中心，山西太原，030001）

在中波匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中需要滿足一定的要求，概況起來主要包括如下幾個方面：（1）把天線特性阻抗（復(fù)數(shù)）通過匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為饋線的阻抗,同時因為天線的特性阻抗隨季節(jié)或環(huán)境及地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面影響會變化.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時要盡量減少這種變化以保證發(fā)射機正常穩(wěn)定工作，不會因為天線變化發(fā)射機出現(xiàn)頻繁保護。（2）對本臺其它頻率的相互干擾采取措施，比如吸收網(wǎng)絡(luò),阻塞網(wǎng)絡(luò)。（3）解決多頻共塔時頻率之間相互隔離問題.要滿足多個頻率都正常工作,并滿足發(fā)射機工作技術(shù)指標要求。（4）調(diào)配網(wǎng)絡(luò)具有很好的防雷電功能。（5）網(wǎng)絡(luò)功率容量要大.中波調(diào)配網(wǎng)絡(luò)靠自然冷卻，網(wǎng)絡(luò)選用元器件要有一定的富裕量。（6）中波調(diào)配網(wǎng)絡(luò)一般采用兩種高頻器件,一個是電感線圈L,一個是高頻陶瓷電容器C,通過L和C的不同組合來實現(xiàn)阻抗變換。常用的網(wǎng)絡(luò)變換形式包括“Г”型、 “T”、“π”等,網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時根據(jù)具體情況可以選用不同的網(wǎng)絡(luò)形式。（7）要學(xué)會網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,必須具有一定高頻知識,在進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計前,先和大家一起熟悉一下，基本的高頻電路知識,以便很好的進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

1 高頻線路基本知識

■1.1 匹配網(wǎng)絡(luò)器件

感抗: ZL=2×π×f×L，其中:L是電感線圈，工作頻率 f:單位MHz，L：單位：uH, ZL:單位：Ω。

說明：知道工作頻率及電感大小可以計算出感抗大小。

電感線圈的電感量大小一般與線圈的口徑大小，圈數(shù)多少，及線圈長度有關(guān)，功率大小與選用銅管粗細有關(guān)，簡單計算：直徑為1mm的銅管最大通過電流為3A。

■1.2 電容 C

說明：知道工作頻率及電容大小可以計算出容抗大小。

目前網(wǎng)絡(luò)電容一般采用陶瓷餅電容器和陶瓷真空電容器，根據(jù)功率大小可以選用合適的電容器或電容器組合方式。

國產(chǎn)陶瓷餅電容器型號如圖1所示。

圖1

說明:外形尺寸分為:2.3.4.5 .6 等,數(shù)字越大,電容體積越大。

耐壓分為:20KV/25KV,一般300p和500p電容耐壓為25kv,1000/1500/2000p電容 耐壓為20kV。

電容量分為:300/500/1000/1500/2000pF。

需要注意：設(shè)計時每個陶瓷餅電容器最大高頻工作電流最好不要超過10A。

2 串并聯(lián)阻抗變換電路

■2.1 串聯(lián)電路形式及Q值

串聯(lián)電路形式如圖2所示。

圖2

RS表示實部，XS表示虛部，其中S表示串聯(lián)。

■2.2 并聯(lián)電路形式及Q值

并聯(lián)電路形式如圖3所示。

圖3

■2.3 串并之間相互轉(zhuǎn)換

主要包括兩種轉(zhuǎn)換：

3 匹配網(wǎng)絡(luò)基本形式

■3.1 “Г”型網(wǎng)絡(luò)

主要包括兩種網(wǎng)絡(luò)形式正“Г”與倒“Г”型。

（1）正“Г”網(wǎng)絡(luò)形式，如圖4所示。

圖4

適用條件：Z2＞Z1。

（2）倒“Г”網(wǎng)絡(luò)形式，如圖5所示。

圖5

適用條件：Z2＜Z1。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計計算方法：根據(jù)串并聯(lián)轉(zhuǎn)換方法逐級進行計算所用電感和電容的值。原則上匹配用電感值＜60μH。其網(wǎng)絡(luò)特點為：結(jié)構(gòu)簡單，但當(dāng)Z1和Z2給定后Q值也就完全確定了，與L和C取值無關(guān)系。這種網(wǎng)絡(luò)是所有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)形式。

■3.2 “T”型網(wǎng)絡(luò)形式

“T”型網(wǎng)絡(luò)可以看作由2個“Г”串聯(lián)而成，如圖6所示?！癟”是目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中最常用的網(wǎng)絡(luò)形式，優(yōu)點：變換形式多樣,便于調(diào)試。

圖6

“π”型網(wǎng)絡(luò)形式如圖7所示。

圖7

“π”型網(wǎng)絡(luò)也可以看作由2個“Г”串聯(lián)而成。其網(wǎng)絡(luò)特點為：“T”和“π”的回路效率均可以認為是兩個“Г”網(wǎng)絡(luò)回路效率的相乘積。通過選擇不同器件參數(shù)，可以調(diào)整回路效率和回路濾波度。

■3.3 并聯(lián)阻塞網(wǎng)絡(luò)形式

雙頻（或多頻）共塔網(wǎng)絡(luò)中兩個頻率之間相互阻隔均采用并聯(lián)阻塞網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)器件的選擇有一定規(guī)范值，對網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)影響很大。

網(wǎng)絡(luò)形式如圖8所示。

圖8

其中：L和C諧振在要阻塞的工作頻率上。

設(shè)計方法：首先，先選擇C值，再根據(jù)上公式就算出L值。進而，阻塞電容取值經(jīng)驗范圍。

阻塞電容選取按上述圖9選取時,電容和線圈溫升比較小,即損害小.一般來說 設(shè)計時根據(jù)器件情況電容可以適當(dāng)小一些，阻塞效果好。即：電容越小，阻塞度越高，具體計算見相關(guān)資料。在此不再重復(fù)。

圖9

■3.4 吸收網(wǎng)絡(luò)

作用：吸收另外一個天線對本頻率的干擾，也叫陷波網(wǎng)絡(luò)。

其網(wǎng)絡(luò)形式如圖10所示。

圖10

說明：圖中L和C1諧振在工作頻率上，對本頻工作沒影響，與C2（或得是電感）串聯(lián)諧振在干擾頻率上，因為串聯(lián)諧振阻抗為零，所以起到對干擾頻率陷波吸收作用。

經(jīng)驗總結(jié)：在頻率比較多的電臺，吸收網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用，一般來說吸收網(wǎng)絡(luò)安裝在網(wǎng)絡(luò)饋線入口，效果比較好。

■3.5 “90°”移相網(wǎng)絡(luò)

其網(wǎng)絡(luò)形式如圖11所示。

圖11

其特點為：

（1）選用“T”型網(wǎng)絡(luò)，三個壁的抗值相同，極性不同。其中：

（2）負載開路時，輸入端短路。

（3）負載短路時，輸入端開路。

適用情況：

（1）對帶寬不好的天線，在阻抗匹配時可以選用移相網(wǎng)絡(luò)改變負載變化的趨勢，便于進行網(wǎng)絡(luò)補償。

（2）大功率并機時，并機網(wǎng)絡(luò)目前均采用”90°”移相網(wǎng)絡(luò)。

4 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計實例及計算過程分析

以某臺現(xiàn)有10kW雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)為例，工作頻率：1359kHz和1026kHz，天線為76米標準塔。

■4.1 設(shè)計調(diào)試完工網(wǎng)絡(luò)原理圖

設(shè)計調(diào)試完工網(wǎng)絡(luò)原理圖如圖12所示。

圖12 網(wǎng)絡(luò)原理圖

■4.2 該網(wǎng)絡(luò)計算過程分析

圖中L01和C01為預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，目的是把1359kHz和1026kHz兩個頻率阻抗預(yù)調(diào)在實部基本接近為好，這樣在網(wǎng)絡(luò)匹配是a1和a2兩點電壓基本一致，保證阻塞時不會相互串?dāng)_。L01和C01并聯(lián)諧振在1026kHz上，對1359kHz呈現(xiàn)容性，用并聯(lián)轉(zhuǎn)換成串聯(lián)方法可以算出1359kHz一路在a1點阻抗變化為：98-j248，1026kHz一路阻抗不變。同時L01電感同時起到直流瀉放作用，起到防雷作用，C01電容同時隊對雷電中交流成分有瀉放作用也有防雷作用。防雷裝置采用石墨放電裝置，兩個石墨間隙可根據(jù)天線電壓大小可以調(diào)整，一般調(diào)整到5～8mm即可。

4.2.1 1359 kHz一路分析

（1）阻塞網(wǎng)絡(luò)

電容選用1500pF，計算電感用16.04μH，該網(wǎng)絡(luò)對1359kHz呈現(xiàn)-j182，計算方法如下：

電感和電容并聯(lián)后阻抗：

B1點 阻 抗：j2 ×π× 1 .359×21 -j1 8 2 +j2 ×π× 3 0 + 98-j248 = 9 8。

（2）阻抗變換（選用T型網(wǎng)絡(luò)）

再并聯(lián)1200PF后C1點阻抗變?yōu)椋?0-j49.8。

（3）串聯(lián)L和C后d1點阻抗為：50Ω

其中網(wǎng)絡(luò)中C11同時起到直流隔離作用，防雷。

4.2.2 1026 kHz一路分析

（1）阻塞網(wǎng)絡(luò)

電容選用1300pF，計算電感用10.6μH，該網(wǎng)絡(luò)對1026kHz呈現(xiàn)j159.7，計算方法如下：

圖13

圖14

電感和電容并聯(lián)后阻抗：

B2點阻抗：

（2）阻抗變換（選用T型網(wǎng)絡(luò)），再并聯(lián)2000PF后C2點阻抗變?yōu)椋?0-j109。

（3）串聯(lián)L和C后d2點阻抗為：50Ω，其中網(wǎng)絡(luò)中C21同時起到直流隔離作用，防雷。

說明：該臺沒有其它頻率，所以整個網(wǎng)絡(luò)中沒有設(shè)計陷波網(wǎng)絡(luò)。

5 總結(jié)

（1）匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計前需要測試天線對應(yīng)工作頻率的特性阻抗。

（2）設(shè)計是要考慮網(wǎng)絡(luò)中每一點的Q值，及每一點的電壓值。目前國內(nèi)使用的固態(tài)發(fā)射機匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時一般Q值盡量≤3。

（3）匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時根據(jù)臺上情況選擇增加陷波或阻塞網(wǎng)絡(luò)，陷波網(wǎng)絡(luò)一般接在網(wǎng)絡(luò)饋線輸入口。

（4）匹配網(wǎng)絡(luò)中線圈和電容擺放要采用三維布局，減少線圈之間的相互干擾。

（5）網(wǎng)絡(luò)中線圈選用一般選用紫銅管線圈,銅管直徑為H時最大通過電流為3H。例如選用Φ10銅管時，該線圈最大通過電流為30A，超過30A時線圈開始發(fā)熱。每個陶瓷餅電容最大工作電流不得超過10A。

（6）希望本文對同行有所借鑒。