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标题 中波天馈线匹配网络的设计
范文 张天业
摘 要 众所周知，影响中波发射质量的主因有两个，一是工作稳定的发射机，二是良好的天馈线匹配网络。关于发射机维修维护方面的方法技巧，我们从事中波台技术工作的人员都或多或少积累了一定的工作经验，发射机维修方面资料也较多，而天馈线匹配系统的设计、安装及维护工作不是太多，一般都请厂家设计、安装与调试，一旦网络出故障也是请厂家技术人员或有网络维修经验的同行维修，相比发射机維护维修而言，网络的设计、安装与维护是中波台技术人员的一个短板。本文介绍了天馈线匹配网络的设计原则及注意事项，目的是科学合理地设计使用匹配网络，最大程度发挥天线优势，提高发射效率。
关键词 天馈线匹配网络；设计与调试；提高发射效率
中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）200-0101-03
1 匹配网络的设计原则
在设计天馈线匹配网络前，需要考虑的主要因素是发射频率、发射功率、馈线阻抗，天线在工作频率上的阻抗、共塔频率及本台其他工作频率等情况。第一步需要用中波电桥准确测出天线在发射频率上的特性阻抗，其中还要考虑边带阻抗问题，边带阻抗与载波频率阻抗越小越好，最大不能超过20%，否则很难保障系统的稳定性；第二步要根据共塔频率情况决定采取什么样的匹配网络（T型、π型、Г型和倒Г型）；第三部需要考虑同塔主频与本台其他播出频率之间的阻塞与吸收网络设计形式；第四步是设计合理的防雷网络。总之，匹配网络的设计原则是在保证正常稳定的使用情况下，以使用最少的元器件、投入最少的资金、取得良好的匹配效果以及有效的防雷、抑制高频倒送为目的。
2 匹配网络各单元的设计
通常所说的天馈线匹配网络除了包含阻抗匹配网络外，还包括阻塞网络、吸收网络、预调网络、防雷系统、移相网络等。图1所示为最基本型单个频率匹配网络图。
2.1 阻抗匹配网络
匹配网络是天馈线匹配网络的最基本单元，它的输入端连接馈线，输出端连接天线，在保证良好通带特性情况下，其最大作用是使铁塔输入阻抗和馈线的特性阻抗相匹配，另起到减少驻波、降低反射、提高效率的作用。根据播出频率、成本、调试维护等情况，可采用T型、π型、Г型或倒Г型匹配网络，图2分别是以上4种匹配网络形式。在图1中，采用了由L3、C4、C5组成的T型网络。
2.2 网络阻塞
匹配网络作用是满足天馈线的匹配，而在实际工作中，由于双频或多频共塔的存在，天线本身会接收到同塔频率较高幅度的高频电压干扰，会存在天线倒送高频干扰，这种影响轻者造成发射机工作不稳定，严重的会造成发射机停机保护或损坏功放器件。为减少这种影响，须设计一个或多个阻塞网络，最大限度阻止这种干扰对本频的影响。
若是双频共塔或多频共塔，任意两个频率比值不低于1.25。常言道“杀敌一千、自损八百”，若阻塞频率离本频频率太近，两个频率相互阻塞，无形中会增加视在功率，功率损耗大，网络稳定性变差，发射机工作不稳定。合理运用阻塞网络的多种形式，既保证最大限度阻止干扰频率，也确保自身频率不至于损耗太大，图3是三种常见阻塞网络形式。
另外，设计阻塞网络时，对阻塞频率的阻抗，应尽可能趋向无穷大，当然这样做难度较大，要主频率一点不损耗也不现实。当阻塞频率和主频较近的事实不可避免时，应考虑采用复合谐振阻塞网络来解决。
2.3 吸收网络
大多发射台站不止一个天线，也不止一两个频率，设计天线匹配网络时，应考虑到其它频率或周边频率的影响，对同塔频率干扰，由于干扰强，一般采用阻塞网络阻隔掉。但也不宜所有干扰都用阻塞网络解决，毕竟由L-C组成的阻塞网络存在非线性问题，其本身也存在损耗问题，而对于本台其他频率的干扰，由于相比同塔频率的干扰要轻的多，可采取吸收网络来消除。图4是4种不同吸收（陷波）网络形式。
吸收回路的串接方式是：当干扰频率大于主频率时采用并联谐振串电感连接方式；当干扰频率小于主频率时采用并联谐振串电容连接方式。在图1中，吸收网络由C1、C3、L2、组成，C1、L2、串联谐振于要吸收的频率，串联谐振后对谐振频率呈低阻抗，给干扰频率提供入地通路，C1、L2、串联谐振后再与C3并联组成并联谐振，谐振于主频率，这样此吸收网络对本频率呈高阻抗，从而避免本频入地造成损耗。
2.4 避雷系统
中波台发射天线作为发射高频功率信号发射体同时又是吸引雷电的接受体，天线需要加强本身抗雷能力。常见的几种防雷措施是：
1）在天线与地之间接入微亨级电感。雷电主要能量是直流低频能量，由于电感具有通低频阻高频特性，在雷电来袭时，可将一定分量的低频雷电能量直接泄放到地，同时也不会对工作主频率能量造成影响。如图1中L0为微亨级电感；
2）使用耐高压的电容器对雷电进行隔离。由于电容具有通高频阻低频特性，当雷电来袭时，电容可阻止雷电能量到发射机，同时又不影响发射机一边主频率工作能量输送到天线。如图1中C0为高压隔离电容；
3）在天线下端接石墨放电隙，石墨放电隙之间间隙按照1mm间距1kV的标准进行调整。在通地铜管上套若干低通磁环，串入低通磁环目的是发射机正常工作时不起作用，但当天线受雷击短路时，由于磁环对瞬时高能量有很大抗性，可相应增加发射机保护时间，提高发射机短路阻抗，从而减轻雷电对发射机的损害，如图1中G为放电间隙，下面的圆形黑点是低通磁环。
匹配网络防雷单元有几种不同的形式，图5是几种防雷网络形式。第一种L0、C0谐振于本频，C1为隔直流电容器，L0为防雷下引线圈，该网络形式一般用于特性阻抗较低的天线；第二种L0、C0谐振于旁频，L0+L1为防雷下引线圈，C1為隔直流电容器，该网络形式把阻塞网络、防雷网络、天线阻抗转换网络揉为一体，简化了整个网络系统；第三种L1+L0为防雷网络下引线圈，C0为隔直流电容器。采用该网络形式，可提高天线阻抗虚部，减小匹配网络设计难度。
2.5 预调网络
设计双频或多频共塔网络时，应考虑各频率在天线上阻抗差异问题，如果两个或多个同塔频率在天线上阻抗差异较大（主要是有的阻抗很低，不易于其它频率在馈点上匹配）就要考虑阻抗平衡问题，在天线底部加上预调网络，可平衡馈点上各频率的阻抗，减少匹配网络设计难度，减少功率损耗，图1中L0、C0不仅起到防雷作用，其最大作用是平衡作用，选择合适的L0、C0的大小，可相应提高或减少天线阻抗，使天线阻抗接近单频阻抗或兼顾多频率在此天线上的阻抗，达到平衡阻抗的目的。
3 匹配网络设计注意事项
3.1 电气参数的冗余量
由于天线匹配网络在高温高压大电流下工作，通带功率大，且容易遭受雷击，因此设计时应尽量使用电气特性好、耐压高的器件。设计参数留有足够的余量。对于电容，若单只满足不了耐压和功率要求，就要采取多只电容串并联方式；为避免电感功率不足造成发热严重问题，在空间允许情况下，尽量采用直径大的铜电感线圈，这样做可提高电容、电感耐压和功率要求，减少发热量，延长使用寿命。
3.2 匹配网络的散热问题
由于功率损耗的存在，匹配网络在工作中散发热量很大，特别在夏季，有些散热不好的调配室温度最高可达60℃以上，网络器件上的温度更高，如此高的温度会造成器件电气参数变化，进而引起整个网络阻抗变化，发射机反射功率大。因此，应采取有各式各样有效的通风降温措施，保证匹配网络稳定性。常见散热方式有散热窗自然通风、轴流风机散热和地道负压通风等方式。
3.3 网络中元器件的考虑
在匹配网络设计中，在保证实现匹配功能情况下，应尽量简化整个网络元器件，并要考虑到每个电容、电感和连接件的伏安量，不仅要考虑到调试的方便性，还要考虑到整个网络的成本问题。另外，在网络设计中，尽量不用昂贵的真空电容，多用可调电感线圈调节网络。
3.4 安装注意事项
对新购元器件要进行耐压试验，符合要求后才使用；匹配网络中各器件的连接及保护接地一定要牢固可靠；根据推算出的各器件接线端电压大小，留足与其他器件间距，避免高频拉弧放电；电感与电感之间的摆放除了有一定的安全距离外，最好相互垂直放置，避免相互之间产生磁感应，影响特性阻抗。
4 结论
天馈线匹配网络是发射系统重要组成部分，设计良好的天馈线匹配网络不仅能保证发射机工作的稳定性，增强防雷效果，降低驻波保护次数，同时还大大减轻备件的维护成本和技术人员的维护强度，提高发射质量和效率，为发射台的安全播出打下良好基础。
参考文献
[1]庄涛.中波广播发射台理论基础与实践技术手册[S].北京：光明日报出版社，2014.
[2]潘胜伟，等.中波天线匹配网络宽带化探讨[J].广播与电视技术，2013，40（12）：102-104.
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更新时间：2024/12/22 23:50:12