低頻低塔環(huán)境下中波三頻共塔天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)寬帶設(shè)計(jì)解決方案

劉學(xué)生

【摘要】本文對遼寧省西部地區(qū)某中波臺76m底部絕緣拉線塔540KHz / 10KW + 801KHz / 10KW + 1089KHz / 10KW 三頻共塔天調(diào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真分析，給出了全新的寬帶匹配設(shè)計(jì)方案，解決了原網(wǎng)絡(luò)中801頻道帶寬狹窄的問題。

【關(guān)鍵詞】中波;三頻共塔;駐波比;工作帶寬;防雷電感;計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.011

近些年來，中波雙頻共塔和三頻共塔發(fā)射業(yè)務(wù)在我國到了廣泛的應(yīng)用。但是低頻（540KHz）低塔（76m）實(shí)現(xiàn)三頻共塔播出，目前國內(nèi)還沒有非常成熟的案例。

最近看到了國內(nèi)兩個(gè)中波臺540KHz低頻在76m底部絕緣拉線塔實(shí)現(xiàn)三頻共塔播出的實(shí)例，拿到有關(guān)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)參數(shù)之后，用計(jì)算機(jī)仿真軟件檢驗(yàn)其各個(gè)頻道的帶寬和隔離度，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)案例中沒有一個(gè)是完美的，都有一個(gè)頻道帶寬很狹窄。其中遼寧省某中波臺540KHz/10KW+801KHz/10KW+1089KHz/10KW，高度76m底部絕緣拉線塔，三頻共塔網(wǎng)絡(luò)，其中801KHz的駐波比小于1.25的帶寬僅有3KHz。另一例是山西省某中波臺540KHz/1KW+1008KHz/10KW+1269KHz/10KW，76m底部絕緣拉線塔三頻共塔網(wǎng)絡(luò)，其中540KHz的駐波比小于1.25的帶寬僅有3KHz。筆者利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，用寬帶匹配方法對這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，帶寬和隔離度都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。本文以遼寧省的實(shí)例，對原始網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真分析，并全新設(shè)計(jì)了符合標(biāo)準(zhǔn)的新網(wǎng)絡(luò)。對于低頻低塔環(huán)境下三頻共塔天線匹配網(wǎng)絡(luò)解決帶寬狹窄問題具有參考價(jià)值。

1. 技術(shù)背景

我國現(xiàn)有的中波廣播頻率為526.5～1606.5KHz，頻率間隔為9KHz。從標(biāo)稱載頻531KHz到1602KHz為止，共有120個(gè)頻道。每個(gè)頻道工作帶寬9KHz。

與過去傳統(tǒng)的電子管發(fā)射機(jī)相比，全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)對天線匹配網(wǎng)絡(luò)要求更高，更細(xì)致。不僅要考慮載波點(diǎn)上的阻抗匹配，更要考慮通帶內(nèi)的幅頻特性，而且要求阻帶有足夠的衰減。這就是說，既要讓通帶內(nèi)的廣播信號低損耗地順利通過，又阻止其它不需要的信號通過，特別是鄰近的其它廣播信號倒送回來。

對于中波廣播發(fā)射機(jī)，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)駐波比小于1.25的工作總帶寬，最低要求是9KHz。

中波540KHz在76米高度的天線塔上的阻抗實(shí)部都比較低，工作帶寬先天不足。工程設(shè)計(jì)中，一般都是通過給天線底部對地并聯(lián)一個(gè)電感（或電容）與天線阻抗構(gòu)成并聯(lián)諧振來增加天線阻抗的實(shí)部。

對于不同的發(fā)射功率，共塔的頻道之間，隔離度要求的衰減數(shù)值也不同。對于標(biāo)稱額定功率10KW的發(fā)射機(jī)，理論上要求邊帶功率衰減40dB，實(shí)踐中一般認(rèn)為在載波點(diǎn)正/負(fù)5KHz頻點(diǎn)上的邊帶功率衰減應(yīng)該達(dá)到30dB以上。

一個(gè)中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，只要知道了天線阻抗，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，通過計(jì)算機(jī)仿真快速計(jì)算出其駐波比帶寬和隔離度。

2. 遼寧省西部地區(qū)某中波臺三頻共塔天調(diào)網(wǎng)絡(luò)簡介

三頻分饋共塔網(wǎng)絡(luò)天線塔相關(guān)技術(shù)參數(shù)：

頻率f1：540KHz，功率：10kw，饋線阻抗：50Ω，天線輸入阻抗：18–j54Ω

頻率f2：801KHz，功率：10kw，饋線阻抗：50Ω，天線輸入阻抗：45+j180Ω

頻率f3：1089KHz，功率：10kw，饋線阻抗：50Ω，天線輸入阻抗：1000+j800Ω

天線：76m底部絕緣拉線塔，

廠家設(shè)計(jì)的圖紙，如圖一：

2.1 原網(wǎng)絡(luò)簡介

網(wǎng)絡(luò)主要有三部分構(gòu)成，預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，阻塞網(wǎng)絡(luò)，T型匹配網(wǎng)絡(luò)。靜電泄放網(wǎng)絡(luò)包含在預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中。阻塞網(wǎng)絡(luò)和T型匹配網(wǎng)絡(luò)顯而易見，這里不介紹了。

2.1.1 預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)

在（圖一）中，L12與C7并聯(lián)諧振在801KHz上，L9與C2并聯(lián)諧振在1089KHz上，L12與C7組成的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)對于540KHz相當(dāng)于一個(gè)電感，L9與C2組成的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)對于540KHz也相當(dāng)于一個(gè)電感，通過計(jì)算可知，天線底部加了這個(gè)預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)之后，540KHz的天線阻抗由18-j54歐姆變成了34.9-j72.1歐姆，實(shí)部提高了近一倍。

2.1.2 靜電防雷電感

540KHz的預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也是作為天線靜電泄放網(wǎng)絡(luò)使用的。L12和L9給天線塔留了一個(gè)直流接地的通道。

2.2 用仿真軟件對這個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算分析

結(jié)果如下，

1089頻道：駐波比小于1.25的帶寬為8KHz，1089頻道對540頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于38.7dB，1089頻道對801頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于29.1dB，801頻道：駐波比小于1.25的帶寬為3KHz，801頻道對540頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于47.6dB，801頻道對1089頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于40.4dB。

540頻道：駐波比小于1.25的帶寬為10KHz，540頻道對801頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于32.2dB，540頻道對1089頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于43.5dB。

從分析結(jié)果中我們看到，801頻道駐波比小于1.25的帶寬僅為3KHz，遠(yuǎn)低于國家要求的9KHz標(biāo)準(zhǔn)。我們對原網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造，去掉540KHz的預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，保留了靜電防雷功能，使用寬帶匹配技術(shù)，擴(kuò)展540頻道和801頻道的帶寬。

3. 全新設(shè)計(jì)遼寧省西部地區(qū)某中波臺三頻共塔天調(diào)網(wǎng)絡(luò)

全新設(shè)計(jì)的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，見圖二：

3.1 阻塞網(wǎng)絡(luò)

540通道：L3和C6并聯(lián)諧振在801KHz上，L5和C3并聯(lián)諧振在1089KHz上，阻止來自801KHz和1089KHz這兩個(gè)通道的功率倒灌。

801通道：L7和C8并聯(lián)諧振在540KHz上，L5和C3并聯(lián)諧振在1089KHz上，阻止來自540KHz和1089KHz這兩個(gè)通道的功率倒灌。

1089通道：L13和C17并聯(lián)諧振在801KHz上，L1和C5并聯(lián)諧振在540KHz上，阻止來自801KHz和540KHz這兩個(gè)通道的功率倒灌。

這樣實(shí)現(xiàn)了每個(gè)頻道都在阻止其它兩個(gè)頻道的功率倒灌。

3.2 寬帶匹配

1089頻道，L2是天線塔靜電泄放電感線圈，同時(shí)參與阻抗匹配，L16和C16用于中和阻抗虛部到零附近，L8調(diào)節(jié)阻抗實(shí)部到50歐姆附近，C12調(diào)節(jié)阻抗虛部到零附近。

540頻道，L4和C4中和阻抗虛部到零附近，與C10并聯(lián)后540KHz頻點(diǎn)附近阻抗實(shí)部變化平緩。L6和C1和C7把阻抗實(shí)部調(diào)到50歐姆附近，虛部為零附近。

801頻道，L11和C9中和阻抗虛部到零附近，與C12并聯(lián)后801KHz頻點(diǎn)附近阻抗實(shí)部變化平緩。L10和C11和C13把阻抗實(shí)部調(diào)到50歐姆附近，虛部為零附近。

3.3 天線塔靜電防雷電感網(wǎng)絡(luò)

對于底部對地絕緣的中波天線，必須給天線塔留一個(gè)直流接地的通道。

本網(wǎng)絡(luò)中，由L13和L1和L2這三個(gè)電感，構(gòu)成了一條從天線塔到地的一個(gè)直流接地通道，作為防雷電感使用。

從防雷電的角度考慮，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的駐波比帶寬不宜過寬，對于全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)而言，駐波比小于1.25的總帶寬不宜大于20KHz，太寬將增大雷電脈沖進(jìn)入饋線系統(tǒng)的概率。

3.4 用仿真軟件對全新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析計(jì)算，

結(jié)果如下，

1089頻道：駐波比小于1.25的帶寬為12KHz，1089頻道對540頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于59.9dB，1089頻道對801頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于38.0dB，801頻道：駐波比小于1.25的帶寬為11KHz，801頻道對540頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于68.5dB，801頻道對1089頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于67.8dB。

540頻道：駐波比小于1.25的帶寬為15KHz，540頻道對801頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于59.0dB，540頻道對1089頻道（正/負(fù)5KH范圍內(nèi)）傳輸功率衰減大于82.1dB，

仿真測試結(jié)果表明，這個(gè)三頻共塔網(wǎng)絡(luò)可以承載三個(gè)頻率540KHz+801KHz+1089KHz都是10kw的共塔播出。

4. 結(jié)束語

使用寬帶匹配設(shè)計(jì)法，中波廣播天調(diào)網(wǎng)絡(luò)在駐波比小于1.20的條件下帶寬達(dá)到20KHz原則上都是可行的。本實(shí)例中每個(gè)通道上的帶寬都還可以繼續(xù)擴(kuò)展，但那樣會成倍地增加成本費(fèi)用。一個(gè)中波廣播頻道，只要知道了載波點(diǎn)及其附近正/負(fù)5KHz和正/負(fù)10KHz這5個(gè)頻點(diǎn)上天線阻抗實(shí)測數(shù)據(jù)，就可以利用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的中波廣播天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

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