中波天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)計算公式的推導(dǎo)及應(yīng)用

明 震 劉 鈺

中波天線要投入使用必須要將天線輸入阻抗與饋線的特性阻抗匹配，一般在中波天線附近增設(shè)一套匹配網(wǎng)絡(luò)使之與饋線特性阻抗匹配，這套匹配網(wǎng)絡(luò)稱之為“天調(diào)網(wǎng)絡(luò)”。在許多有關(guān)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的資料中，對這些基本公式一般都是直接給出并運(yùn)用，一些工作者對這些公式的理解僅僅停留在感性認(rèn)識層面上，往往是知其然而不知其所以然，一旦忘記這些公式就手足無措。下面，本文就這些基本公式展開推導(dǎo)。

1　公式推導(dǎo)

天線在作為單頻使用的時候網(wǎng)絡(luò)一般都采用“正г”（如圖1所示）和“倒г”（如圖2所示）兩種基本形式。把天線輸入阻抗和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，可以看作是一個無源二端網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)這個無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗等于饋線特性阻抗時，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)就達(dá)到理想匹配狀態(tài)了。

圖1　正г型網(wǎng)絡(luò)

圖2　倒г型網(wǎng)絡(luò)

注 ：W為饋線特性阻抗X1﹑X2為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)元器件的電抗值；。下同。

X1，X2為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)元器件的電抗值；

圖1所示的電路應(yīng)滿足下式：

即：(WX1+WX2+WXa-X2Ra)=0

令上式左端實(shí)部﹑虛部分別等于0，得到以下方程組：

解得X1和X2為：

同理，圖2所示電路應(yīng)滿足下式：

即∶

令上式左端實(shí)部﹑虛部分別等于0，得到以下方程組：

解得X1和X2為：

解析式（1）和解析式（2）中的X1和X2的根號前正﹑負(fù)號取相反。

2　公式的應(yīng)用

在實(shí)際的天線匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計當(dāng)中，還要根據(jù)各電臺實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，一般電臺的使用頻率會有多個，單頻單天線使用的情況非常少。對于單頻單天線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可以直接通過這幾個公式設(shè)計出符合要求的匹配網(wǎng)絡(luò)。但是，對于一些需要共塔或者電臺還有其他中波天線使用的情況如何利用這幾個公式來設(shè)計并計算網(wǎng)絡(luò)？這是廣大廣電技術(shù)人員經(jīng)常會面對的問題。

在共塔情況的時候，就需要考慮在匹配網(wǎng)絡(luò)中增加阻塞網(wǎng)絡(luò)，在電臺還有其他中波天線使用的時候就需要匹配網(wǎng)絡(luò)中考慮增加陷波網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)匹配網(wǎng)絡(luò)增加了阻塞網(wǎng)絡(luò)或者陷波網(wǎng)絡(luò)之后，只需要將增加的這些網(wǎng)絡(luò)換算成所要設(shè)計頻率的電抗值，然后將這些電抗值看作是天線阻抗或者匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分，這時就可以直接套用上述公式進(jìn)行設(shè)計并計算了，下面就根據(jù)某電臺的實(shí)例加以說明。

某中波電臺共有三套使用頻率，分別為f1=585 kHz﹑f2=846 kHz﹑f3=1 125 kHz，兩副中波天線，其中f1單獨(dú)使用一副天線，f2和f3共用一副天線，已知饋線阻抗均為50 Ω，天線對f3呈現(xiàn)的阻抗現(xiàn)就其中f3=1 125 kHz匹配網(wǎng)絡(luò)展開設(shè)計論述。

因?yàn)閒2和f3共塔，f3匹配網(wǎng)絡(luò)中要增加針對f2的阻塞網(wǎng)絡(luò)，考慮到f1天線對f3的串?dāng)_，f3匹配網(wǎng)絡(luò)中要增加針對f1頻率的陷波網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3　1125kHz匹配網(wǎng)絡(luò)

L1和C1并聯(lián)組成阻塞網(wǎng)絡(luò)，以阻塞頻率f2，依據(jù)阻塞網(wǎng)絡(luò)電容取值范圍先選定C1取1 400 pF，根據(jù)C1的電抗值計算出L1的電感量：

計算C1和L1對f3呈現(xiàn)的電抗值：

計算C1和L1并聯(lián)后對f3呈現(xiàn)的電抗值：

將X1的值與天線阻抗結(jié)合：

這時就可以直接引用上述推導(dǎo)的公式直接求出C2和L2的值。

通過C2和L2的電抗值計算出C2和L2：

陷波網(wǎng)絡(luò)放在饋線端口要比放在天線端口的濾波效果要好[1]。C3與L3并聯(lián)組成阻塞網(wǎng)絡(luò)，以阻塞主頻率f3，這個阻塞網(wǎng)絡(luò)對f1呈現(xiàn)的是感性，將此阻塞網(wǎng)絡(luò)與電容C4串聯(lián)組成一個針對頻率f1的陷波網(wǎng)絡(luò)，即該阻塞網(wǎng)絡(luò)與C4組成一個串聯(lián)諧振電路，且諧振頻率為f1，以濾除頻率f1對f3的串?dāng)_。這個陷波網(wǎng)絡(luò)對主頻f3呈現(xiàn)的是高阻抗?fàn)顟B(tài)，其中的阻塞網(wǎng)絡(luò)一旦調(diào)試好之后再調(diào)節(jié)串聯(lián)諧振的時候是不能再作調(diào)整的，只能靠調(diào)節(jié)C4以達(dá)到對頻率f1的濾波作用。

依據(jù)阻塞網(wǎng)絡(luò)電容取值范圍，先選定C3取1 200 pF，再根據(jù)C3的電抗值計算出L3的電感量：

計算C3和L3對f1呈現(xiàn)的電抗值：

計算C3和L3并聯(lián)后對f1呈現(xiàn)的電抗值：

通過X2計算出C4的值：

陷波網(wǎng)絡(luò)因?yàn)閷χ黝lf3呈現(xiàn)的是高阻抗?fàn)顟B(tài)，所以在陷波網(wǎng)絡(luò)接入匹配網(wǎng)絡(luò)中時匹配網(wǎng)絡(luò)對主頻f3呈現(xiàn)的阻抗幾乎沒有影響。另外，在匹配網(wǎng)絡(luò)安裝過程中盡量減少分布參數(shù)對匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗的影響。例如，相鄰兩個電感線圈在安裝時盡量使兩個電感線圈相互垂直擺放，電感的調(diào)試短接引線要放置在線圈內(nèi)部，等等。

至此，針對頻率f3=1 125 kHz的匹配網(wǎng)絡(luò)就設(shè)計完成了。從上述的設(shè)計過程中可以看出，C1和L1組成的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，對頻率f2=846 kHz呈現(xiàn)的是高阻抗?fàn)顟B(tài)，而這個并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)對所要通過的主頻f3呈現(xiàn)的是容抗，將這個容抗和天線阻抗結(jié)合，就可以直接運(yùn)用推導(dǎo)公式（2）來設(shè)計并計算了。在這個匹配網(wǎng)絡(luò)中，陷波網(wǎng)絡(luò)對主頻f3阻抗的影響是可以忽略不計的，所以這個陷波網(wǎng)絡(luò)可以單獨(dú)調(diào)試好之后再接入匹配網(wǎng)絡(luò)中。

3　結(jié)語

中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計﹑調(diào)試在中波發(fā)射環(huán)節(jié)中是相當(dāng)重要的，它直接關(guān)系發(fā)射機(jī)的發(fā)射效果，以及發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性。中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計又受各種因素干擾，沒有固定的模式可以直接套用，這就給設(shè)計者增加了很大難度。設(shè)計者只能從最基礎(chǔ)的理論出發(fā)，然后再將其他因素逐一考慮進(jìn)去，就可以設(shè)計出理想的匹配網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何大中,章之儉.廣播電視技術(shù)手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,2011.