中波廣播雙頻共塔天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)及主備網(wǎng)絡(luò)倒換系統(tǒng)的設(shè)計原理

李春國

（作者單位：貴州省廣播電視局八二七臺）

天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)是中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分，作用是使天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗相匹配，抑制天線倒送過來的高頻回饋電壓，提高發(fā)射質(zhì)量，保障設(shè)備安全。主、備天調(diào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是為降低設(shè)備安全播出事故率而設(shè)計的，主要目的是使主天調(diào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠及時切入備用網(wǎng)絡(luò)，最大限度地縮短停播時間，從而提高安全播出率。

1 天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)

1.1 匹配網(wǎng)絡(luò)

匹配網(wǎng)絡(luò)主要是使天線的輸入阻抗Ra+JXin和饋線的特性阻抗W相匹配。現(xiàn)使用較為廣泛的匹配網(wǎng)絡(luò)一般有Г形、T形或Π形網(wǎng)絡(luò)，其中，因Г形網(wǎng)絡(luò)所用元件較少，易于調(diào)整，應(yīng)用較廣泛，調(diào)試比較便利，并具有良好的通帶特性。Г形網(wǎng)絡(luò)又分為正Г形網(wǎng)絡(luò)和倒Г形網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)線路如圖1和圖2所示[1]：

（1）當(dāng)W＞Rin時，其元器件值按式（1）和（2）計算：

元器件的最大電壓（100%調(diào)幅峰值）、最大電流（100%調(diào)幅有效值）計算如下：

（2）當(dāng)W＜Rin時，如圖2：

其元器件值按式（7）和（8）計算：

元器件的最大電壓（100%調(diào)幅峰值）、最大電流（100%調(diào)幅有效值）計算如下：

式中：P為發(fā)射機載波功率。

以貴州省廣播電視局八二七臺天線為例，經(jīng)測量：天線對于765 kHz、1 143 kHz的天線阻抗分別為111.7+j31.5、59-j101.8，饋線特性阻抗為50 Ω。故采用倒Г形匹配網(wǎng)絡(luò)。

1.2 阻塞網(wǎng)絡(luò)（鄰頻倒送的抑制）

當(dāng)有其他發(fā)射天線或較近距離的大功率電臺工作時，由于天線的互逆性，天線就會接收到較大的射頻電壓，該射頻電壓將對發(fā)射機產(chǎn)生負(fù)面影響，致使發(fā)射機自動保護或關(guān)機，造成播音中斷。因此，在實際中，主要應(yīng)用阻塞網(wǎng)絡(luò)、陷波網(wǎng)絡(luò)和帶通濾波器來抑制從天線倒送過來的射頻電壓，保障發(fā)射機正常工作。

1.2.1 陷波網(wǎng)絡(luò)

陷波網(wǎng)絡(luò)一般有兩種連接形式，即先串聯(lián)后并聯(lián)（見圖3）、先并聯(lián)后串聯(lián)（見圖4），它們的作用都是在抑制f1的同時不影響原來的阻抗。圖3中，電感L1和電容C1串聯(lián)諧振在干擾頻率f1，和X并聯(lián)諧振在工作頻率f0。圖4中，L1和C1并聯(lián)諧振在工作頻率f0，和X串聯(lián)諧振在干擾頻率f1。

1.2.2 串聯(lián)回路中的并聯(lián)諧振

（1）圖5先并聯(lián)后串聯(lián)：L1和C1并聯(lián)諧振在干擾頻率f1，和X串聯(lián)諧振在工作頻率f0。這樣，在抑制f1的同時也不影響原來的阻抗。這種方法可以在雙頻共塔或多頻共塔的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中作為阻塞網(wǎng)絡(luò)使用。

（2）圖6先串聯(lián)后并聯(lián)：L1和C1串聯(lián)諧振在工作頻率f0，和X并聯(lián)諧振在干擾頻率f1。這樣，在抑制f1的同時不影響原來的阻抗。

1.2.3 帶通濾波器

當(dāng)一個發(fā)射臺頻率眾多時，可采用帶通濾波器來抑制鄰頻的干擾。其既要具有一定的通帶帶寬，又必須具備阻帶特性?，F(xiàn)一般使用二階巴特沃斯濾波器作為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的帶通濾波器，最窄帶寬應(yīng)為100 kHz以上。

因貴州省廣播電視局八二七臺的天線為雙工天線，在配置兩個頻率各自的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)時需分別串聯(lián)一套阻塞網(wǎng)絡(luò)（見圖7），以防止兩個頻率間的串?dāng)_。

阻塞網(wǎng)絡(luò)有兩種，即并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)和串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。它與天線的連接方式如圖8所示[1]。

阻塞網(wǎng)絡(luò)一般有兩種網(wǎng)絡(luò)形式：并聯(lián)諧振阻塞網(wǎng)絡(luò)對阻塞網(wǎng)絡(luò)呈無窮大阻抗，阻止該頻率通過，對通過頻率呈現(xiàn)某一電抗；串聯(lián)諧振阻塞網(wǎng)絡(luò)的一端接地，為阻塞頻率提供通地旁路，對通過頻率呈現(xiàn)某一電抗。因并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計和調(diào)整上較串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)簡便，故多工天線電路多采用并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，其諧振頻率

綜上所述，結(jié)合貴州省廣播電視局八二七臺的實際情況，應(yīng)使用的干擾頻率抑制為如圖5所示的串聯(lián)回路中的先并后串阻塞網(wǎng)絡(luò)形式。

1.3 防雷系統(tǒng)

天線一般都是其所在場地周圍的最高建筑，易招引雷電，故需要加裝防雷裝置，保障設(shè)備安全。在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中我們采取如圖9所示措施。

1.3.1 電磁耦合隔離防雷

在全屏蔽的網(wǎng)絡(luò)箱內(nèi)安裝一套針對本頻特性的電磁耦合隔離防雷裝置，通過電容、電感的選頻性將本頻的插入損耗控制在0.2 dB內(nèi)，回?fù)p＞28 dB，由于雙調(diào)諧電感是靠耦合方式傳輸?shù)?，能夠使雷電的能量在此被隔離而得以釋放。

1.3.2 石墨放電球

除在天線底部安裝半圓形金屬放電球ZZ外，還應(yīng)加裝一對CAP圓柱形石墨放電球，并在其接地端串套40～50個小磁環(huán)，這樣既能形成良好的放電通路，又能提高發(fā)射機短路時的射頻阻抗，保護發(fā)射機。

1.3.3 微亨級的電感L0

因雷電的能量主要集中于低頻和直流部分，故需要在天線下并聯(lián)一只微亨級電感L0，為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)提供一路對地靜電放電通路。

1.3.4 隔直流電容C0

CO主要起到隔離的作用，抑制雷電的大部分能量通過天調(diào)網(wǎng)絡(luò)進入發(fā)射機。因其是防雷器件，故需采用高耐壓、高伏安量的高頻電容。

綜上所述，以貴州省廣播電視局八二七臺為例，經(jīng)測量計算，該臺新增天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)765 kHz 10 kW 50 Ω（共塔1 143 kHz 10 kW 50 Ω）原理如圖10所示，其中，Z為放電球裝置，采用石墨放電球裝置，有利防雷，間距約為10 mm；K為通地閘刀；C11和L11并聯(lián)諧振于765 kHz，用于阻塞765 kHz頻段；C1和L1并聯(lián)諧振于1 143 kHz，用于阻塞1 143 kHz頻段。

在選取和安裝天調(diào)網(wǎng)絡(luò)元件（電感、電容）時應(yīng)遵循以下原則：

（1）在選擇電容時，滿足需求的同時還應(yīng)留有50%以上的安全冗余度，提高網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。

（2）在選取電感線圈時，應(yīng)選擇合適的直徑，并留有1/3左右的余量，以便調(diào)試。

（3）為減小電感線圈相互間的感應(yīng)，在小范圍同一平面內(nèi)最多只裝3個電感，且為三維垂直方向；電感抽頭的引線應(yīng)安裝在線圈內(nèi)部走，不用的電感余量不能短接。

（4）鋪設(shè)的銅帶地線采用厚0.3～0.5 mm、寬60～100 mm為宜，并沿電流行進方向進行鋪設(shè)，保證接地良好。

（5）連接各元器件時，應(yīng)根據(jù)電流大小選用合適的銅帶，并保證其接觸緊實，減小接觸電阻。

2 主備網(wǎng)絡(luò)倒換裝置

為防止天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)故障造成發(fā)射機停播事故，增加一套備份天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)（見圖11）。該調(diào)配網(wǎng)絡(luò)同時置于天線調(diào)配間與原天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)互為備份，兩個頻率的傳輸饋管分別進入兩個φ40的手電一體同軸開關(guān)S1、S2，由同軸開關(guān)負(fù)責(zé)分配至所需要工作的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，同時輸出至天線端口的切換由φ80手電一體同軸開關(guān)S3來完成。

3 結(jié)語

控制部分采用機房內(nèi)一鍵操作切換來完成，10 s內(nèi)即可完成兩套網(wǎng)絡(luò)間的切換。當(dāng)機房內(nèi)的一鍵切換開關(guān)啟動時，天線調(diào)配房的控制系統(tǒng)接收到切換信號，首先判定是否有發(fā)射機在調(diào)配網(wǎng)絡(luò)上工作，一旦檢測到天線端有發(fā)射功率則自動拒絕切換命令；當(dāng)檢測到天線端無發(fā)射機在工作，則控制3個同軸開關(guān)同時切換，同軸開關(guān)切換到位后給天線調(diào)配房的控制系統(tǒng)和機房內(nèi)的控制器一個反饋命令，天調(diào)房的控制器和機房內(nèi)的控制器同時顯示切換到位指示，發(fā)射機可在天線端工作。具體操作如下：

（1）撥動控制室的鈕子開關(guān)，可切換同軸開關(guān)，選擇相應(yīng)的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，控制室和天調(diào)室的控制盒上的相應(yīng)指示燈亮。

（2）如需要在天調(diào)室切換同軸開關(guān)，應(yīng)將相應(yīng)同軸開關(guān)控制器上的“手動/自動”開關(guān)撥到“自動”，在同軸開關(guān)上按“點動”按鈕。操作完成后，將同軸開關(guān)控制器上的“手動/自動”開關(guān)撥回“手動”。

（3）3只同軸開關(guān)控制器分別控制3臺同軸開關(guān)。

（4）發(fā)射機開機時，不可進行同軸開關(guān)切換。