關(guān)于電小天線網(wǎng)絡(luò)匹配問題的解決方案

黃曉丹

（廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣州 510220）

1 引言

電小天線是指當(dāng)最大尺寸小于λ/2（λ為工作波長）時(shí)，該天線為電小天線。電小天線的特點(diǎn)是輻射電阻小，阻抗特性非常惡劣，與傳輸線匹配相當(dāng)困難。電小天線的匹配問題，長期困擾天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作。對于76米高桅桿式拉線塔，當(dāng)其工作低于800kHz頻率時(shí)，該天線就屬于電小天線。為此我們探討新的解決途徑。針對廣東省一中波臺天線高度76米，頻率為639kHz時(shí)，天線輸入阻抗如表1所示。

表1 76米拉線塔輸入阻抗測試記錄表

根據(jù)表1，639kHz輸入阻抗為14-j85，由此可知，工作頻率低于700kHz時(shí)，Q值大于5，阻抗變化率大，從而匹配網(wǎng)絡(luò)很難匹配。

（1）傳統(tǒng)T型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)T型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖

（2）實(shí)測網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。根據(jù)上述計(jì)算和實(shí)際測試，VSWR≤1.25時(shí)，Δf≥5kHz；VSWR≤1.5時(shí)，Δf≥13kHz，為此我們探討新的解決途徑，采用如下方案解決網(wǎng)絡(luò)帶寬問題。

2 設(shè)計(jì)方案

觀察小天線在低頻率段特性，其電抗與角頻率的關(guān)系為增函數(shù)即的性質(zhì)。為進(jìn)行邊帶補(bǔ)償，必須找到一個(gè)移相網(wǎng)絡(luò)，將電抗與角頻率的關(guān)系變換為減函數(shù)，即。然后我們就可以用L、C串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邊帶電抗分量的補(bǔ)償。以往采用HARRIS并機(jī)工程中使用的λ/4移相網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)阻抗虛部的反向變換。雖然這種電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)、調(diào)試也很方便。但移相后阻抗實(shí)部有減小趨勢。尤其當(dāng)虛部變化的絕對值相對于實(shí)部較大時(shí)，阻抗的實(shí)部減小情況嚴(yán)重，不能滿足機(jī)器上、下邊頻對調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的VSWR要求。

圖2 實(shí)測網(wǎng)絡(luò)圖

因此必須尋找既能實(shí)現(xiàn)阻抗虛部反向變換，又能維持阻抗實(shí)部基本不變的移相網(wǎng)絡(luò)。

我們從L、C串聯(lián)電路特性知道，當(dāng)其頻率ω愈是接近該電路諧振頻率ω0時(shí)，呈現(xiàn)的電抗值就愈小。當(dāng)ω<ω0時(shí)呈現(xiàn)容抗；當(dāng)ω>ω0時(shí)呈現(xiàn)感抗。利用這一特性，分別在ω兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)串聯(lián)諧振電路ω01、ω02（ω01<ω02），再將這兩個(gè)電路并聯(lián)在一起。當(dāng)ω離ω01較近而離ω02較遠(yuǎn)時(shí)，對ω呈現(xiàn)的jxLω01< |-jxcω02|；并聯(lián)后對ω呈現(xiàn)感性。當(dāng)ω離ω01較遠(yuǎn)而離ω02較近時(shí)，對ω呈現(xiàn)的jxLω01> |-jxcω02|；并聯(lián)后對ω呈現(xiàn)容性。同樣道理，我們以載頻f 0為中心，分別在工作帶寬（f 0±Δf）兩側(cè)外各設(shè)置一個(gè)L、C串聯(lián)諧振電路，再將二電路并聯(lián)。此時(shí)該網(wǎng)絡(luò)對f 0呈并聯(lián)諧振狀態(tài)；對低端（f 0-Δf）呈現(xiàn)感抗；而對高端（f 0+Δf）呈現(xiàn)容抗。這正是我們所需要的特性。下面將針對某臺實(shí)例進(jìn)行分析。

（1）設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)圖

圖3 我們設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)圖

639kHz天線阻抗經(jīng)過預(yù)調(diào)，并接電感后：

f 0 639kHz：49.457+154.17

f 0-Δf 629kHz：27.78+135.47

f 0±Δf 649kHz：87.06+170.4

在Smith導(dǎo)抗圓圖上推演：

629kMz：27.78+135.47串聯(lián)1.0nf后，變?yōu)?2.8-105.82；

649kMz：87.06+170.4 串聯(lián)1.0 n f 后，變?yōu)?8.06+68.53 ；

629kMz：20.8-105.82串 聯(lián)20.8uH 后， 變 為33.78-23.67，VSWR 2.0；

649kMz：87.06-68.53串 聯(lián)20.8uH 后， 變 為76.06+19.28，VSWR 1.7。

按電容器標(biāo)準(zhǔn)系列選?。?/p>

得：L3≈20.67μH（10kw機(jī)用ΦΦ30銅管，25kw 機(jī)用Φ40銅管）

經(jīng)計(jì)算串聯(lián)、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：

對629kHz呈現(xiàn)j23.5；對649kHz呈現(xiàn)-j23.6（離所需要的數(shù)值：j23.67、-j19.28相差不大）。

移相網(wǎng)絡(luò)后端加邊帶補(bǔ)償，如圖4所示。

圖4 移相網(wǎng)絡(luò)后端加邊帶補(bǔ)償

在Smith導(dǎo)抗圓圖上推演：

圖5 Smith導(dǎo)抗圓圖

后面串接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后得：

639kHz：50Ω VSWR 1.0；

629kHz：33.7-0 VSWR 1.5；

649kHz：76+2 VSWR 1.5；在加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)前阻抗和駐波：

629kHz VSWR 2.0；

649kHz，VSWR 1.7；

在加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后阻抗和駐波：

629kHz VSWR 1.5；

649kHz，VSWR 1.5；

本計(jì)算為純理論推導(dǎo)，實(shí)際操作時(shí)可能引入各種分布參數(shù)，需根據(jù)情況調(diào)整各器件數(shù)值，以達(dá)到理想工作狀態(tài)。

（2）實(shí)測網(wǎng)絡(luò)圖

通過以上方案計(jì)算和實(shí)際測試，VSWR≤1.25 時(shí)，△f ≥18kHz；VSWR ≤1.5時(shí)，△ f ≥20kHz。