數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機天線調(diào)配網(wǎng)絡的設計研究

劉擁軍

廣播行業(yè)的發(fā)展，使得新增廣播節(jié)目尤其是調(diào)頻廣播的數(shù)量明顯提升。在此環(huán)境下，中波廣播生存的難度逐漸加大。數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機，能否將模擬的音頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，是決定中波廣播提高播出質(zhì)量的關(guān)鍵。而發(fā)射機的信號轉(zhuǎn)換性能，則取決于天線調(diào)配網(wǎng)絡的性能。可見，為提高中波廣播節(jié)目的播出質(zhì)量，有必要對天線調(diào)配網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計。

1 數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機及天線調(diào)配網(wǎng)絡

數(shù)字調(diào)幅指將音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程，在此過程中，元器件應首先獲取音頻樣本，進而對其進行量化處理，使其形成離散的信號樣，才可確保節(jié)目能夠被播出。A/D轉(zhuǎn)換器，為中波廣播發(fā)射機的主要元件之一，具有控制放大模塊中放大器開關(guān)的功能[1]。發(fā)射機放大器的連接方式以橋式連接為主，當能量傳輸至中波天線時，上述傳輸方式很容易對傳輸效率造成影響。如天線與饋線的阻抗失配，發(fā)射機運行的穩(wěn)定性，將明顯變差。導致兩者失配的原因與饋線反射波過大有關(guān)，根源上講，主要是由于天線調(diào)配網(wǎng)絡性能欠佳?？梢?，采取相應措施對反射波進行抑制，可以避免不同頻率之間互相干擾，是提高數(shù)據(jù)傳輸效率、改善廣播節(jié)目播出質(zhì)量的關(guān)鍵。

2 數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機天線調(diào)配網(wǎng)絡的設計流程

2.1 阻抗匹配設計

采用阻抗匹配技術(shù)，對數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機天線調(diào)配網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計，是提高廣播節(jié)目播出效率的首要步驟。根據(jù)阻抗匹配技術(shù)的要求，設計人員應將電感元件，應用到天線中，使阻抗以Z0的形式存在[2]。通過提高阻抗等效性的目的，使阻抗匹配的目的得以達成。T網(wǎng)絡，是天線調(diào)配網(wǎng)絡的一種。設計時，應將網(wǎng)絡回路的品質(zhì)因數(shù)（以下用“k”表示），控制在一定區(qū)間內(nèi)，以提高網(wǎng)絡設計的優(yōu)化性。通常情況下，k∈[2,6]。Γ型網(wǎng)絡，同樣是天線調(diào)配網(wǎng)絡的一種。該網(wǎng)絡的搭建方式較多，設計時，可將其等效阻抗Z0設置在無緣二端網(wǎng)絡中，以確保數(shù)據(jù)傳輸能夠有效實現(xiàn)。兩種網(wǎng)絡對比，Γ型網(wǎng)絡元器件相對較少，因此應用價值更高。

2.2 干擾頻率抑制設計

抑制干擾頻率，同樣為天線調(diào)配網(wǎng)絡設計的流程之一。設計的過程，可借助阻塞網(wǎng)絡以及濾波器而實現(xiàn)。以阻塞網(wǎng)絡為例，該網(wǎng)絡的質(zhì)為并聯(lián)諧振電路，電路的頻率計算公式如下：

WOL=1/WOC

上述公式中，W即頻率。設計人員可按照上述公式，計算出干擾頻率。在此基礎上，將阻塞網(wǎng)絡，以串接的方式，與天線調(diào)配網(wǎng)絡相連接。此時，干擾頻率則無法以饋線為途徑，進入到發(fā)射機當中。而廣播節(jié)目播出過程中存在的干擾問題，則同樣能夠得到解決[3]。采用阻塞網(wǎng)絡解決發(fā)射機頻率干擾問題的原理，在于對信號進行阻攔。阻攔信號的過程，必然產(chǎn)生阻抗。因此，為避免上述問題發(fā)生，適當將阻攔頻率減小是關(guān)鍵。有研究指出，將阻攔頻率的載頻，控制在10 kΩ左右，既能夠達到解決頻率干擾問題的目的，又可減小阻抗。因此設計時，可以以該數(shù)值為參考，確定頻率指標。

2.3 網(wǎng)絡元器件設計

微亨級電感L及隔直電容C，是天線調(diào)配網(wǎng)絡的兩大元器件。以后者為例，該元器件的功能，主要在于將直流阻隔在發(fā)射機之外，進而避免直流對發(fā)射機的頻率及運行狀態(tài)造成影響，避免發(fā)射機出現(xiàn)故障。通常情況下，在雷電的作用下，直流及低頻電流會隨之產(chǎn)生。如此時天線及發(fā)射機正處于運行中，則直流與低頻電流中的一部分通常會隨之進入到兩大設備中，導致發(fā)射機出現(xiàn)故障，對廣播節(jié)目的播出效果造成影響。設計時，可將隔直電容C的容量控制在1 000 PF至3 000 PF之間以確保雷電的產(chǎn)生，不會對廣播發(fā)射機的性能造成影響。需注意的是，由于電容C處于中波波段中，因此，有必要適當提高伏安量以適應中波波段廣播發(fā)射機的運行需求。

3 數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機天線調(diào)配網(wǎng)絡的設計方案

本部分以張家口中波發(fā)射臺為例，對數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機天線調(diào)配網(wǎng)絡的設計方案進行了歸納。

3.1 設計背景

案例所選的中波臺廣播播出的中波頻率為1 566 kHz。初始運行期間，該臺的廣播發(fā)射機性能較強，能夠有效滿足用戶的收聽體驗。但在某次雷雨后發(fā)現(xiàn)，當前所使用的廣播發(fā)射機在性能方面存在一定的缺陷。因此，張家口中波發(fā)射臺決定在分析導致數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機性能出現(xiàn)異常的原因的基礎上，對天線調(diào)配網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計，使節(jié)目的播出質(zhì)量得以提高。張家口中波發(fā)射臺所使用的發(fā)射機，頻率為1 566 kHz，功率為10 kW。設計時，設計人員應充分考慮發(fā)射機的頻率及功率特點，提高設計方案的合理性。

3.2 設計方法

3.2.1 設計準備

為提高設計水平，設計人員在對天線調(diào)配網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計前，通過測量及計算的方式，完成了如下準備工作。測量：張家口中波發(fā)射臺的天線調(diào)配網(wǎng)絡，頻率包括900 kHz、1 098 kHz及1 566 kHz三種，功率全部為10 kW。計算：設計人員通過對天線阻抗的計算發(fā)現(xiàn)，當頻率為900 kHz時，阻抗Z（f）=40.0-j8.00。當頻率為1 098 kHz時，阻抗Z（f）=100.0+j120.00。當頻率為1 566 kHz時，阻抗 Z（f）=600.0-j200.00。

3.2.2 設計過程

防雷設計：為避免雷擊對廣播發(fā)射機天線的功能造成影響，應首先將電感線圈，接入到天線底部。確保雷擊發(fā)生時，線圈能夠分擔部分電流，以達到防雷的目的。線圈應與電容C相互連接，以免雷電的發(fā)生對發(fā)射機的性能造成影響。網(wǎng)絡損耗：可將900阻塞網(wǎng)絡，應用到天線的前端，一定程度上節(jié)約元器件數(shù)量，使網(wǎng)絡損耗率得以降低。參數(shù)計算：通常情況下，阻塞網(wǎng)絡的電容指標，應為2 000 PF。設計人員可采用該參數(shù)，對天線調(diào)配網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計。

3.3 設計效果

為判斷上述設計方案是否能夠達到提高廣播發(fā)射機性能、提高廣播節(jié)目播出質(zhì)量的目的。張家口中波發(fā)射臺對優(yōu)化設計前后的節(jié)目播出效果進行了觀察，發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化設計前，張家口中波發(fā)射臺所處區(qū)域1年內(nèi)共發(fā)生雷電50次，發(fā)射機出現(xiàn)故障的次數(shù)為2次，故障率4%；優(yōu)化設計后，張家口中波發(fā)射臺所處區(qū)域1年內(nèi)共發(fā)生雷電53次，發(fā)射機出現(xiàn)故障的次數(shù)為1次，故障率1.89%。對比發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化設計后，廣播發(fā)射機的性能顯著改善。

4 結(jié)語

本文中所設計的天線調(diào)配網(wǎng)絡，具有阻抗匹配性能佳、干擾頻率抑制功能強的優(yōu)勢。以該網(wǎng)絡為基礎所播出的節(jié)目，質(zhì)量能夠滿足聽眾的需求。中波發(fā)射臺可在分析影響中波廣播發(fā)射機性能的因素的基礎上，從元器件及通信路徑兩方面，對天線調(diào)配網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計，以達到改善發(fā)射機性能，提高節(jié)目播出水平的目的。

[1]吳威.TBH-522型發(fā)射機天線開關(guān)不能自動倒等故障的分析和處理[J].科技風,2017(1):11-12.

[2]何琳琳.DX-600中波發(fā)射機天線調(diào)配室網(wǎng)絡的分析與改進[J].廣播電視信息,2015(11):87-88.

[3]段亞飛.DF100A短波發(fā)射機天線交換控制系統(tǒng)的工作原理與開關(guān)維護[J].科技傳播,2014(11):197-198.