中波調(diào)幅廣播發(fā)射機天線匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試方法初探

何 偉

（甘肅省廣電局無線傳輸中心天祝廣播臺，甘肅 武威 733000）

在中波廣播發(fā)射設(shè)備中發(fā)射天線是必不可少的重要設(shè)備，隨著技術(shù)的進步中波廣播發(fā)射機發(fā)射天線的高度在不斷降低，從76M再到48M，甚至更低。天線的降低節(jié)約了搭建天線的鋼材損耗，降低了施工成本和施工難度，減小了風(fēng)險系數(shù)，提高了穩(wěn)定可靠性。可是由于天線的降低天線的阻抗變化也是很巨大的，使得天線的虛實比變得很大，這對阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，傳統(tǒng)使用的L型T型以及П型等網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能適應(yīng)新型天線的要求，尤其是帶寬指標(biāo)的要求，傳統(tǒng)匹配網(wǎng)絡(luò)可以說幾乎難以滿足。所以必須要有新型的匹配網(wǎng)絡(luò)與之配合，才能完美的解決問題。這種匹配網(wǎng)絡(luò)就是具有雙調(diào)諧回路的耦合匹配網(wǎng)路。這種網(wǎng)絡(luò)比起傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因具有雙調(diào)諧回路，在完美增加了帶寬問題的同時也增加了調(diào)試的難度。本文結(jié)合某一實用匹配網(wǎng)絡(luò)，在分析該網(wǎng)絡(luò)工作原理的基礎(chǔ)上，總結(jié)性的提出一些調(diào)試原則和調(diào)試步驟以供讀者參考。

1 拓展帶寬的原理

如圖1所示為一3KW中波調(diào)幅發(fā)射機使用的由747KHz和1098KHz雙頻共塔的天線匹配網(wǎng)絡(luò)圖，圖中1098KHz所使用的就是一個典型的T型網(wǎng)絡(luò)，在此再不做討論，本文重點講述747KHz頻率所使用的這一網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)簡稱耦合匹配網(wǎng)絡(luò)。從結(jié)構(gòu)上分該網(wǎng)絡(luò)可以被分為3大部分，一是阻塞網(wǎng)絡(luò)，主要由L5和C5組成，阻塞網(wǎng)絡(luò)是在雙頻共塔的網(wǎng)絡(luò)中必須存在的，L5和C5并聯(lián)諧振，諧振頻率為共塔時的另外一個頻率，本網(wǎng)絡(luò)中即為1098KHz,由于L5和C5并聯(lián)諧振使得在1098KHz頻率下阻抗非常大接近無窮大，所以1098KHz的信號不會通過后面的電路饋送到747Kz的發(fā)射機，而是通過天線發(fā)送出去。同時該阻塞網(wǎng)絡(luò)通過串聯(lián)電容C4的作用在頻率747KHz下，阻抗又非常低相當(dāng)于短路，所以可以使747KHz的信號無障礙的通過。二是耦合網(wǎng)絡(luò)，即由電路中 L1、L2、C1、CM 組成，在調(diào)試網(wǎng)絡(luò)時關(guān)鍵就是對該網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，這也是本文所討論的重點，該電路的具體分析在下文進行。三是補償網(wǎng)絡(luò)，由L3、L4、C3組成，該網(wǎng)絡(luò)的作用在于平衡帶寬，在沒有該網(wǎng)絡(luò)作用時帶寬會發(fā)生不對稱現(xiàn)象，所以為使帶寬在高頻端和低頻端具有同樣的駐波比表現(xiàn)就需要有補償網(wǎng)絡(luò)來平衡。

圖1 747KHz和1098KHz雙頻共塔的天線匹配網(wǎng)絡(luò)

因為在調(diào)試過程中關(guān)鍵調(diào)整的是耦合網(wǎng)絡(luò)，所以在此單獨列出進行分析，為分析方便做一下幾點處理和簡化，1）將天線和阻塞網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為一負(fù)載電導(dǎo)和電容的并聯(lián)組合。2）將發(fā)射機和饋線阻抗簡化為一激勵源和電導(dǎo)的并聯(lián)組合。3）將L1的中心抽頭移動到1號端。4）電路中電感L1和L2存在耦合，為簡化運算可暫時不考慮此耦合，這樣做不會影響運算結(jié)論的適用性。所以簡化后的電路圖如圖2所示。

圖2 簡化后的電路圖

以節(jié)點0、1、2列寫該電路的節(jié)點電流方程如下

對上式求解，得

從上式可以看出次級輸出電壓幅值隨頻率和耦合度變化的規(guī)律。

實際當(dāng)η=1時，在ξ=0處V2出現(xiàn)最大值V2MAX。將η=1，ξ=0代入上式有則則

由上式可以看出該方程是ξ的偶函數(shù)，因此曲線對稱于ξ=0的坐軸。若以ξ為參變量，在不同η值時可以得出如圖的歸一化頻率響應(yīng)曲線。可以看出，不同的η值有不同的頻率特性。值代表了兩個諧振回路的耦合程度，即從圖中可以看出當(dāng)值越大曲線所覆蓋的頻率范圍越寬，即兩諧振回路耦合越緊密帶寬越寬。這就是為什么雙諧振回路進行耦合可以展寬通頻帶的原因，也正因為如此雙調(diào)諧耦合網(wǎng)絡(luò)完美解決了小天線虛實比過大,通頻帶過窄的問題。同時在電路圖中可以看到電感L1和L2具有耦合作用，這也是為了增加耦合程度而特意為之。

圖3 地面數(shù)字電視覆蓋工程分址臺站流程圖

2 調(diào)整阻抗的方法

在實際調(diào)試網(wǎng)絡(luò)的過程中，主要調(diào)節(jié)電感L1的觸頭1和2，具體方法就是拆開饋線與匹配網(wǎng)絡(luò)的接入端，將網(wǎng)絡(luò)分析儀接入匹配網(wǎng)絡(luò)，即如圖2中用網(wǎng)絡(luò)分析儀代替Is和G1，將觸頭回歸L1任意調(diào)節(jié)處。

所以之后的問題就在與從ab端看進去研究匹配網(wǎng)絡(luò)和天線的整體阻抗的問題了。因為串聯(lián)阻抗和并聯(lián)阻抗是可以等效互換的，所以可以將圖2進行等效變換。1）將C2、L2、G2并聯(lián)組合轉(zhuǎn)化為串聯(lián)組合用C1和R2來表示。2）將L1和C1的并聯(lián)組合轉(zhuǎn)化并將中心抽頭移動到L1任意位置，表示為L1、L2和Ck串聯(lián)，同時考慮到電感線圈的電阻則串聯(lián)一個電阻R1。3）進行以上簡化后出現(xiàn)新的串聯(lián)關(guān)系，再進一步做簡化將串聯(lián)電容C1、Ck、CM合并用C表示，因此可以得出如圖4所示電路圖。

簡化后的電路是一個抽頭式并聯(lián)諧振回路，根據(jù)并聯(lián)諧振電路的知識可以知道，調(diào)節(jié)L2的大小可以是電路在不同頻率諧振，也就是可以使得電路阻抗虛部為零。同時根據(jù)抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換的知識可以知道，。上式可以看出，在不改變回路參數(shù)的情況下，只改變抽頭位置，即改變p值，就可以改變ab兩端的等效阻抗。所以在調(diào)整阻抗是調(diào)整L1的大小和調(diào)整抽頭的位置就可以將網(wǎng)絡(luò)調(diào)整到合適的阻抗。

圖4 中聯(lián)電容合并

3 總結(jié)

1）具有雙調(diào)諧回路的耦合匹配網(wǎng)絡(luò)是天線對匹配網(wǎng)絡(luò)提出更高要求的產(chǎn)物，它解決了很多問題，也具有很多優(yōu)點。如展寬了通頻帶。根據(jù)圖2所示，歸一化頻率響應(yīng)曲線可以看出，當(dāng)兩調(diào)諧回路耦合較緊密時曲線出現(xiàn)雙波峰，其通頻帶可以擴展到接近單諧振回路的兩倍。同時抗干擾能力增強。從圖2可以看出隨頻率的變化歸一化頻率響應(yīng)曲線變化較為陡峭，在通頻帶內(nèi)的頻率分量有較好的通過性，而通頻帶之外的頻率分量具有快速的衰減，因此可以將一些不需要的雜波濾出，具有較好的抗干擾能力。但同時在使用中也不同程度的表現(xiàn)出了一些缺點。（1）相比傳統(tǒng)匹配網(wǎng)絡(luò)其電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用器件較多，增加了使用成本和維護調(diào)試難度。（2）穩(wěn)定度不夠，因季節(jié)和天氣變化影響，發(fā)射機反射變化較大。根據(jù)季節(jié)的不同，一年中需要對網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)整。

2）在網(wǎng)絡(luò)調(diào)整過程中需特別注意電感L1和L2的位置配合，上文已經(jīng)提到，兩諧振回路不僅通過電容CM進行耦合，而且L1和L2也存在電磁耦合，在維護和調(diào)整時改變兩電感線圈的相對位置也會使電路參數(shù)發(fā)生變化。在實際操作中一般不會調(diào)節(jié)電感的按裝位置，而是調(diào)節(jié)圖1中電感L1的接入量來控制整體網(wǎng)絡(luò)阻抗的虛部值，調(diào)節(jié)電感L1的中心抽頭位置來控制整體網(wǎng)絡(luò)阻抗的實部值。搞清了以上原理，在實踐過程中多操作，總結(jié)經(jīng)驗也會快速掌握技巧和方法。