何吉祥

（廣東省中山中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，中山 528400）

中波天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)是連接天線和饋線傳輸線之間必不可少的環(huán)節(jié)，天饋系統(tǒng)匹配是否良好關(guān)系到高頻信號(hào)能否在負(fù)載獲得最大的有效功率輸出，避免反射功率回流到發(fā)射機(jī)，致使機(jī)器非正常工作。設(shè)計(jì)天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，除要考慮阻抗匹配之外，還應(yīng)考慮鄰頻干擾和防雷問題。調(diào)配網(wǎng)絡(luò)主要由阻塞網(wǎng)絡(luò)、防雷預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)、吸收網(wǎng)絡(luò)組成。目前廣播電視技術(shù)人員大部分根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和人工計(jì)算方法設(shè)計(jì)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，在理解天調(diào)網(wǎng)絡(luò)原理基礎(chǔ)上編寫算法，輸入天線阻抗等基本參數(shù)，便可快速精準(zhǔn)計(jì)算出天調(diào)網(wǎng)絡(luò)各環(huán)節(jié)元器件參數(shù)，本文以設(shè)計(jì)雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)為例。

1 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

1.1 天線阻抗測(cè)量

天線的輸入阻抗是天線的一個(gè)重要參數(shù)，針對(duì)某載波頻率，阻抗值均不同，通常表示為只有少數(shù)較簡(jiǎn)單的天線才能準(zhǔn)確計(jì)算其輸入阻抗，多數(shù)天線的輸入阻抗則需通過實(shí)際測(cè)定，或進(jìn)行近似計(jì)算。用專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量某臺(tái)四個(gè)塔的天線輸入阻抗，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 四個(gè)頻率在四個(gè)塔的天線阻抗值

由表1測(cè)量得到的天線阻抗值分析，747kHz在2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)塔的輸入阻抗的電阻部分比較小，根據(jù)斜拉線單塔天線理論，當(dāng)鐵塔高度小于λ/4時(shí)，輸入阻抗的電阻部分變小，天線的輻射效率將因地電阻的影響而有所降低[1]，故747kHz頻率點(diǎn)適合在1號(hào)塔播出。1008kHz頻率在1號(hào)塔和2號(hào)塔的輸入阻抗太大，根據(jù)單塔天線理論，一般鐵塔的首選高度一般不宜選在0.4λ附近的阻抗諧振區(qū)內(nèi)，因?yàn)榇藭r(shí)輸入阻抗的變動(dòng)劇烈，將引起調(diào)配的困難，所以1008kHz頻率適合在4號(hào)塔播出，適合做單工。同理，考慮2號(hào)塔離辦公環(huán)境太近，最終選擇3號(hào)塔作為1170kHz和927kHz的兩個(gè)頻點(diǎn)，適合做雙工。

綜上所述，最終確定：以1170kHz和927kHz兩個(gè)頻點(diǎn)作為雙工網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。927kHz對(duì)應(yīng)的天線阻抗為：Za=32+j42.1，可等效為電阻值32Ω與電感值7.2281uH串聯(lián)組合；1170kHz對(duì)應(yīng)的天線阻抗為：Za=102.5+j144.7，可等效為電阻值102.5Ω與電感值19.6835uH串聯(lián)組合。

1.2 阻塞網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

阻塞網(wǎng)絡(luò)的目的是阻塞雙頻共塔另一個(gè)頻率，防止信號(hào)串?dāng)_，影響信號(hào)播出。經(jīng)驗(yàn)表明，阻塞網(wǎng)絡(luò)常采用并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，它呈現(xiàn)的特性是：對(duì)通過頻率呈現(xiàn)很小阻抗，對(duì)阻塞頻率呈現(xiàn)很大阻抗，幾乎需要阻止該頻率的通過，達(dá)到阻塞的設(shè)計(jì)效果。根據(jù)串聯(lián)和并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)特性，阻塞網(wǎng)絡(luò)選擇并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，方便設(shè)計(jì)，同時(shí)很好的阻止阻塞頻率信號(hào)通過。并諧于927KHz的效果是：通1170kHz，阻塞927kHz，阻塞網(wǎng)絡(luò)中選擇中波廣播常用適配電容值C1=2000pF，通過在LabVIEW程序框圖編寫公式計(jì)算出電感值為L(zhǎng)1=14.738uH。同理，并諧于1170kHz，通927kHz，阻塞1170kHz，阻塞網(wǎng)絡(luò)電容值C2=2000pF，電感值為L(zhǎng)2=9.252uH。

1.3 預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的目的就是做好防雷措施，因?yàn)槔纂娨话闶侵绷骱偷皖l成分，因此在網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)一個(gè)微亨級(jí)電感和串聯(lián)一個(gè)隔直電容，主要為調(diào)配網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)對(duì)地靜電放電回路，同時(shí)也參與阻抗變化，并聯(lián)電感和串聯(lián)電容組成t網(wǎng)絡(luò)，稱為預(yù)調(diào)防雷網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)防雷需求，選擇L0=50uH，C0=2000pF。

1.4 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

匹配網(wǎng)絡(luò)的目的是使天線阻抗通過阻塞網(wǎng)絡(luò)和預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)后的阻抗匹配成饋線特性阻抗W=50Ω，以便全功率輸出，并且保證無反射功率。經(jīng)驗(yàn)表明，以T型匹配為例，將T型匹配網(wǎng)絡(luò)等效為如圖1的電路，回路品質(zhì)因數(shù)Q在2～6之間選一數(shù)。則利用如下推導(dǎo)公式，進(jìn)行計(jì)算匹配網(wǎng)絡(luò)各參數(shù)值。

圖1 匹配網(wǎng)絡(luò)等效電路

1.5 吸收網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為了能夠在固定的天線鐵塔發(fā)射固定的頻率，而不受其他頻率的影響，特別是鄰頻的干擾，所以需要在調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中引入吸收網(wǎng)絡(luò)，比如雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)中的1170kHz頻率，需要吸收其他兩個(gè)頻率1008kHz和747kHz的信號(hào)，但是由于1170kHz與747kHz相差有400KHz以上，故在1170KHz支路只需要考慮吸收1008kHz即可，但是雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)中的927kHz頻率與臺(tái)里鄰頻都比較接近，所以需設(shè)計(jì)吸收網(wǎng)絡(luò)吸收其他兩個(gè)頻率1008kHz和747kHz信號(hào)。吸收網(wǎng)絡(luò)不僅吸收了鄰頻干擾，同時(shí)也阻止了載頻下地，起到很好的保護(hù)載頻和濾除鄰頻干擾效果。

1.6 雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)總框圖

如圖2所示為L(zhǎng)abVIEW實(shí)現(xiàn)的雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[2]，輸入基本參數(shù)，一鍵即可計(jì)算出所有環(huán)節(jié)參數(shù)，從總框圖可以看出，各個(gè)元器件的值都比較合理，容易找實(shí)驗(yàn)器材，比如電感器件可以方便調(diào)試，電容器件都是一般取整數(shù)，所以調(diào)配網(wǎng)絡(luò)除了理論計(jì)算，還需要仿真驗(yàn)證和實(shí)調(diào)。如圖3所示為雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)總框圖，利用Multisim軟件將元器件連接在一起。

圖2 雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖3 雙頻共塔網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)總框圖

2 調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的仿真驗(yàn)證

2.1 927kHz的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的阻抗校驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)總框圖，在Multisim13.0仿真軟件中[3]，按圖4連接各元器件。

圖4 927kHz匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗測(cè)試連接圖

圖4中XNA1是網(wǎng)絡(luò)分析儀，設(shè)置起始頻率700kHz，終止頻率1250kHz，特性阻抗為50Ω。運(yùn)行仿真，得到如圖5的結(jié)果，可以看到輸入阻抗在927kHz處為49.731+j0.074，與饋線特性阻抗50Ω純阻幾乎接近，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 927kHz匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗測(cè)試結(jié)果

2.2 927kHz的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的帶寬校驗(yàn)

中波的帶寬要求是±4.5kHz，如果用功率增益來表示的話，即是要求|TPG|＜0.036dB。利用Multisim13.0軟件可以測(cè)試設(shè)計(jì)好的中波匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬，按照?qǐng)D6的設(shè)計(jì)圖連接電路。運(yùn)行仿真得到如圖7結(jié)果：927kHz處的TPG=0.001dB，1170kHz處的TPG=-109.382dB，說明匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)通過頻率927kHz的信號(hào)幾乎沒有衰減；阻塞頻率1170kHz的信號(hào)通過。以|TPG|=0.036dB畫一條水平線，可以得到兩個(gè)頻點(diǎn)，兩個(gè)頻點(diǎn)的帶寬為±5kHz，符合設(shè)計(jì)要求。

圖6 927kHz匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬測(cè)試連接圖

圖7 927kHz匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬測(cè)試結(jié)果

2.3 927kHz的吸收網(wǎng)絡(luò)的校驗(yàn)

按照?qǐng)D8的設(shè)計(jì)圖連接電路。運(yùn)行仿真得到如圖9結(jié)果：747kHz的 TPG=-35.25dB，1008kHz的 TPG=-42.204dB， 說 明747kHz和1008kHz的信號(hào)通過吸收網(wǎng)絡(luò)后幾乎衰減為0，達(dá)到很好的抗鄰頻干擾能力。

圖8 927KHz吸收網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試連接圖

其中1170kHz的網(wǎng)絡(luò)仿真同理，這里不再敖述。

3 結(jié)束語

至此，基于虛擬儀器技術(shù)的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工作完成。可以看出，利用LabVIEW編寫算法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)每一環(huán)節(jié)元器件參數(shù)，方便、快捷的實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，同時(shí)又對(duì)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，兩個(gè)軟件輔助完成整個(gè)設(shè)計(jì)。調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)技術(shù)性能的好壞，關(guān)系到發(fā)射機(jī)能否長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，所以不僅需要考慮阻抗匹配和頻響帶寬，還要考慮如何排除鄰頻的干擾。虛擬儀器技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中起到了至關(guān)重要的作用，特別是對(duì)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)調(diào)試時(shí)，可以隨時(shí)修改參數(shù)進(jìn)行匹配。隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，為廣播電視技術(shù)工作提供了很好的技術(shù)開發(fā)平臺(tái)，大力推動(dòng)了廣播電視向前更進(jìn)一步發(fā)展。

圖9 927kHz吸收網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試結(jié)果