雙頻共塔的預調網絡設計

■文/劉 劍

雙頻共塔的預調網絡設計

■文/劉 劍

隨著城鎮化建設的加快，為解決中波廣播發射臺，占地面積大，節約土地資源，提高廣播發射塔使用效率，可采用多頻共塔的發射方式，本文主要介紹雙頻共塔的預調網絡設計。

中波廣播；雙頻共塔；預調網絡

1.預調網絡的工作原理

中波廣播發射臺廣播節目不只一套時，為了節約資源和成本，可考慮天線的雙頻共塔，即以一副天線同時發射不同頻率的兩套節目。一般要求這兩個頻率的間隔要滿足：f1/ f2≥1.25。此時除需要兩個頻率各自的阻抗匹配網絡外，還要分別串聯一套阻塞網絡，以防止兩部發射機之間的串擾，見圖1所示。

圖1 預調網絡的阻抗換

雙頻共塔頻率的天線復數阻抗分別為 ZA1和 ZA2， ZA1的阻抗圓直徑為， ZA2的阻抗圓直徑為串聯電抗元件 X01后，輸入阻抗變為 ZB1和 ZB2，阻抗圓直徑變為OB1和 OB2。并聯電抗元件 X02后，分支點的輸入阻抗 ZC1、 ZC2的阻抗圓直徑不變，即：

根據阻塞網絡的視在功率最小值公式，加預調網絡后的最小視在功率之和與阻抗圓直徑的平方根成正比，與阻抗的電阻分量的平方根成反比。故可通過選擇預調網絡元件的性質和數值，減少阻抗圓直徑和增大阻抗的電阻分量，來達到降低最小視在功率之和的目的，使 OB1＜ OA1或使 OB2＜ OA2，使RC1＞ Ra1或 RC2＞ Ra2。

從圖1中可看出：天線對頻率f1和 f2放入阻抗在OA點分別為 ZA1= Ra1+Xa1，ZA2=Ra2+Xa2。串聯電抗元件 X01后，OB點輸入阻抗變為：ZB1=RB1+XB1，ZB2=RB2+XB2。并聯電抗元件 X02后，OC點輸入阻抗分別為： ZC1=RC1+XC1， ZC2= RC2+XC2。

天線阻抗 ZA1和 ZA2的阻抗圓直徑為 OA1和 OA2，串聯電抗元件 X01后在OB點變為 OB1、 OB2，并聯電抗元件 X02后在OC分支點的輸入阻抗 ZC1、 ZC2的阻抗圓直徑不變。

串聯 X01后 OB1=OB2,并聯 X02后說明兩抗阻模值相等，實部電阻相等，虛部電抗絕對值相等。當兩發射機功率 P1=P2時，塔底電壓相等，達到了降低雙工網絡的視在功率之目的。

2.計算串聯X01元件值

根據串聯 X01后兩頻率的阻抗圓直徑相等的要求，計算串聯 X01電抗值，使兩頻率阻抗由 ZA變為 ZB，使阻抗圓直徑由OA變為OB，見圖2所示。

圖2 計算串 01X 元件值

由 OB1=OB2得：

式中， X011和 X012分別為 X01對頻率 和 f2呈現的電抗值。

當 X01為電感L時， X011＞ 0是感抗， X012＞ 0是感抗，X012=t2·X011（t2＞1）， X012＞ X011。

對較高頻率 f2的感抗 X012比對較低頻率 f1的感抗 X011大，即：

當 X01為電容C時， X011＜ 0是容抗， X012＜ 0是容抗，X012=t1·X011（t1＜1）， X012＜ X011。

對較高頻率 f2的感抗 X012比對較低頻率 f1的感抗 X011小，即：

若把感抗 X012=t2·X011或容抗 X012=t1·X011帶入公式，計算公式僅剩下 X011或 X012一個未知數，可解出 X011或 X012，由X012=t2·X011（串 X01為電感時）或 X012=t1·X011（串 X01為電容時），求出 X011或 X012的另一個值。上式求解可得出 X011和 X012的2個解，分別算出對應的ZB1=Ra12+（Xa1+X011）2，ZB2=Ra22+（Xa2+X012）2，且OB1=OB2，兩阻抗圓直徑相等，選阻抗圓直徑 OB1和 OB2小（OB1＜OA1，OB2＜OA2）的那一組數據的 X011和 X012，算出 ZB1和ZB2。

3.確定并聯元件X02元件值

按照并聯 X02后兩工作頻率的并聯導納值相等，計算并聯元件 X02的大小。并聯 X02后，X02對頻率 f1呈現的電抗 X02（1電納 b021），與天線對頻率 f1的電抗和 X011串聯又串化并后的電抗 XBp1（電納 bBp1）并聯； X02對頻率 f2呈現的電抗 X022（電納b022），與天線對頻率 f2的電抗和 X012串聯又串化并后的電抗XBp2（電納 bBp2）并聯，它們并聯后的導納絕對值應相等：

式中， GBp1是 Ra1串化并后電阻 RBp1的電導， GBp2是 Ra2串化并后電阻 RBp2的電導，串化并后 RBp1=RBp2。

并聯電路再并化串到OC點 ZC時，兩頻率的復數阻抗模值（絕對值）相等（），實部電阻相等（ RC1=RC2），虛部電抗模值相等（）。

串聯 X01使兩頻率天線阻抗的實部電阻 Ra1和 Ra2串化并值在OB點相等（ RBp1=RBp2， RBp1=Ra1串化并， RBp2=Ra2串化并），但串化并后兩頻率的虛部電抗并不相等，并聯 X02對頻率f1的電抗X021（電納 b021）和對頻率 f2的電抗 X022（電納 b022）大小不同。串 X01后兩頻率的虛部電抗串化并后在OB點的電抗性質相同時，選擇并聯元件 X02的電抗性質與之相反。因為是按照兩工作頻率串化并后的阻抗和并聯 X02后的導納值相等計算出X02的大小，串化并后電抗值 XBp較小、電納值 bBp較大的頻率，并聯的導納 b021（或 b022）較大，并聯回路的電納值Y減小得較多，使電抗值XBp增加得多，最后在并化串使虛部電抗值較小的增加。

對串化并后電抗值 X 較大、電納值 b較小BpBp較小的頻率，并聯的導納 b022較小，并聯回路導納值Y減小得較少，使電抗值XBp減少的較多最后再并化串使虛部電抗值 XBp較大的減小。兩頻率虛部電抗值同性質時，并 X02后虛部電抗值較小的增加，虛部電抗值較大的減少。由于是按兩頻率導納的絕對值相等計算出來的 b021和 b022，兩頻率阻抗并 X02后，在OC點的并聯導納絕對值相等，再并化串到 ZC時兩頻率阻抗的模值相等。串 X01后，兩天線阻抗的實部阻抗串化并值相等，并聯 X02后它們的虛部電抗絕對值也一樣大，再并化串到OC點 ZC時，兩頻率的實部電阻相等，虛部電抗的模值相等。

當兩頻率阻抗串化并后在OB點的虛部阻抗 XBp1（電納bBp1）和 XBp2（電納 bBp2）性質相反時，選擇并聯元件 X02的性質與虛部電抗 XBp1或 XBp2中較小的電抗 XBp、較大的電納 bBp（）性質相反，計算出 X 的電納 b 或b ，與02021022較小的電抗 XBp、較大的電納并聯，使較小的電抗并聯 X02的電納 b021（或 b022）后，并聯電納Y減小，并聯后的電抗 XBp增加使虛部電抗 XBp值中較小的增加。

選擇并聯元件 X02的性質與虛部電抗 XBp1或 XBp2中較大的電抗 X 、較小的電納 b性質相同，計算BpBp出 X02的電納 b021或 b022，與較大的電抗 XBp1或 XBp2、較小的電納 bBp1或 bBp2并聯，使并聯電路的電納值Y增加，轉換為阻抗時虛部電抗 XBp值中較大的電抗值減小

天線對兩頻率的復數阻抗和 X01串聯后再串化并，使兩頻率的實部電阻相等（ RBp1=RBp2， RBp1=Ra1化并串化并， RBp2=Ra2串化并），也就是兩頻率在OB點的阻抗圓直徑相等。并聯 X02后，使虛部電抗值小的得到了增加，虛部電抗值大的進行了減少，并聯 X02使兩頻率的虛部電抗值在OC點的絕對值也相等，它們再并化串到OC點 ZC后，兩阻抗模值相等（），其中實部電阻相等（ RC1=RC2），虛部電抗值相等 XC1=XC2（并化串后同性質時）或絕對值相等（并化串后反性質時）。

也可從天線對兩頻率的實部電阻 Ra選擇并聯 X02的性質，實部電阻 Ra小的串化并后的 RBp電阻增加得多，使它等于另一個頻率 Ra的串化并值 RBp（ RBp1=RBp2），選擇 X02的性質與實部電阻 Ra小的頻率串 X01后虛部電抗串化并后的電抗性質相反。這是因為：實部電阻 Ra小的頻率串 X01后較大的提升了串化并電阻 RBp，實部電阻 Ra大的頻率串 X01后較小的提升了串化并電阻 RBp，使它們串化并后的實部電阻相等（ RBp1=RBp2）、也就是說，串 X01后兩頻率的阻抗圓直徑相等，但兩頻率虛部電抗的串化并值并不相等，必然是實部電阻小的虛部電抗值較小，實部電阻大的虛部電抗值較大，才使它們串化并后的RBp1=RBp2。選擇 X02的性質與實部電阻 Ra小的頻率的串化并后的虛部電抗性質相反，使實部電阻 Ra小和虛部電抗值小的頻率并聯 后虛部電抗值增加fffff5

02

選擇 X02的性質實部電阻 Ra大的頻率的串化并后的虛部電抗性質相同，就加大了部電阻 Ra大的虛部電抗并聯后的電納值Y，使實部電阻 Ra大和虛部電抗值大的頻率并聯 X后虛部電抗值Bp減小02

并聯 X02，使天線虛部電抗和 X01串聯電抗串化并后的電抗值 XBp大的減小，虛部電抗 XBp小的加大，它們再并化串到OC點時，2個頻率的阻抗模值 ZC相同，實部阻抗相等（ RC1=RC2），虛部電抗模值相等（）。并聯 X02對頻率 f1呈現的電抗值 X021和對頻率 f2呈現的電抗值 X022不一樣，對頻率 f1呈現的電抗值 X021，與串聯 X01對頻率 f1的電抗 X011和天線對頻率 f1電抗的串化并值并聯，最終得出ZC1的等效阻抗。對頻率 f2的電抗 X022，與串聯 X01對頻率f2的電抗 X012和天線對頻率 f2電抗的化并值并聯，最終得出 ZC2的等效阻抗。因為用兩頻率阻抗圓直徑在OB點相等（OB1=OB2）計算出的 X01，又用2個頻率在OC點的導納模值相等（）計算出的 X02，這2個頻率的天線阻抗轉換到OC點后，實部電阻 RC1和 RC2相等，復數阻抗的模值也一樣大，使虛部電抗的絕對值也相等，只不過虛部是不同性質的感抗或容抗，從而降低了雙工網絡的視在功率，也為天調網絡的匹配設計帶來了方便。

[1]劉洪才，李天德，李棟等．廣播發射與衛星傳輸理論基礎[M]．中國廣播電視出版社，2002．

[2]謝蘇漢．DX中波發射機與天饋線網絡[M]．陜西科學技術出版社，2013．

（作者單位：寶雞廣播轉播臺）

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1671-0134（2016）12-051-03

10．19483/j．cnki．11-4653/n．2016．12．018