中波天饋線匹配網絡的設計

張天業

摘 要 眾所周知，影響中波發射質量的主因有兩個，一是工作穩定的發射機，二是良好的天饋線匹配網絡。關于發射機維修維護方面的方法技巧，我們從事中波臺技術工作的人員都或多或少積累了一定的工作經驗，發射機維修方面資料也較多，而天饋線匹配系統的設計、安裝及維護工作不是太多，一般都請廠家設計、安裝與調試，一旦網絡出故障也是請廠家技術人員或有網絡維修經驗的同行維修，相比發射機維護維修而言，網絡的設計、安裝與維護是中波臺技術人員的一個短板。本文介紹了天饋線匹配網絡的設計原則及注意事項，目的是科學合理地設計使用匹配網絡，最大程度發揮天線優勢，提高發射效率。

關鍵詞 天饋線匹配網絡；設計與調試；提高發射效率

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）200-0101-03

1 匹配網絡的設計原則

在設計天饋線匹配網絡前，需要考慮的主要因素是發射頻率、發射功率、饋線阻抗，天線在工作頻率上的阻抗、共塔頻率及本臺其他工作頻率等情況。第一步需要用中波電橋準確測出天線在發射頻率上的特性阻抗，其中還要考慮邊帶阻抗問題，邊帶阻抗與載波頻率阻抗越小越好，最大不能超過20%，否則很難保障系統的穩定性；第二步要根據共塔頻率情況決定采取什么樣的匹配網絡（T型、π型、Г型和倒Г型）；第三部需要考慮同塔主頻與本臺其他播出頻率之間的阻塞與吸收網絡設計形式；第四步是設計合理的防雷網絡。總之，匹配網絡的設計原則是在保證正常穩定的使用情況下，以使用最少的元器件、投入最少的資金、取得良好的匹配效果以及有效的防雷、抑制高頻倒送為目的。

2 匹配網絡各單元的設計

通常所說的天饋線匹配網絡除了包含阻抗匹配網絡外，還包括阻塞網絡、吸收網絡、預調網絡、防雷系統、移相網絡等。圖1所示為最基本型單個頻率匹配網絡圖。

2.1 阻抗匹配網絡

匹配網絡是天饋線匹配網絡的最基本單元，它的輸入端連接饋線，輸出端連接天線，在保證良好通帶特性情況下，其最大作用是使鐵塔輸入阻抗和饋線的特性阻抗相匹配，另起到減少駐波、降低反射、提高效率的作用。根據播出頻率、成本、調試維護等情況，可采用T型、π型、Г型或倒Г型匹配網絡，圖2分別是以上4種匹配網絡形式。在圖1中，采用了由L3、C4、C5組成的T型網絡。

2.2 網絡阻塞

匹配網絡作用是滿足天饋線的匹配，而在實際工作中，由于雙頻或多頻共塔的存在，天線本身會接收到同塔頻率較高幅度的高頻電壓干擾，會存在天線倒送高頻干擾，這種影響輕者造成發射機工作不穩定，嚴重的會造成發射機停機保護或損壞功放器件。為減少這種影響，須設計一個或多個阻塞網絡，最大限度阻止這種干擾對本頻的影響。

若是雙頻共塔或多頻共塔，任意兩個頻率比值不低于1.25。常言道“殺敵一千、自損八百”，若阻塞頻率離本頻頻率太近，兩個頻率相互阻塞，無形中會增加視在功率，功率損耗大，網絡穩定性變差，發射機工作不穩定。合理運用阻塞網絡的多種形式，既保證最大限度阻止干擾頻率，也確保自身頻率不至于損耗太大，圖3是三種常見阻塞網絡形式。

另外，設計阻塞網絡時，對阻塞頻率的阻抗，應盡可能趨向無窮大，當然這樣做難度較大，要主頻率一點不損耗也不現實。當阻塞頻率和主頻較近的事實不可避免時，應考慮采用復合諧振阻塞網絡來解決。

2.3 吸收網絡

大多發射臺站不止一個天線，也不止一兩個頻率，設計天線匹配網絡時，應考慮到其它頻率或周邊頻率的影響，對同塔頻率干擾，由于干擾強，一般采用阻塞網絡阻隔掉。但也不宜所有干擾都用阻塞網絡解決，畢竟由L-C組成的阻塞網絡存在非線性問題，其本身也存在損耗問題，而對于本臺其他頻率的干擾，由于相比同塔頻率的干擾要輕的多，可采取吸收網絡來消除。圖4是4種不同吸收（陷波）網絡形式。

吸收回路的串接方式是：當干擾頻率大于主頻率時采用并聯諧振串電感連接方式；當干擾頻率小于主頻率時采用并聯諧振串電容連接方式。在圖1中，吸收網絡由C1、C3、L2、組成，C1、L2、串聯諧振于要吸收的頻率，串聯諧振后對諧振頻率呈低阻抗，給干擾頻率提供入地通路，C1、L2、串聯諧振后再與C3并聯組成并聯諧振，諧振于主頻率，這樣此吸收網絡對本頻率呈高阻抗，從而避免本頻入地造成損耗。

2.4 避雷系統

中波臺發射天線作為發射高頻功率信號發射體同時又是吸引雷電的接受體，天線需要加強本身抗雷能力。常見的幾種防雷措施是：

1）在天線與地之間接入微亨級電感。雷電主要能量是直流低頻能量，由于電感具有通低頻阻高頻特性，在雷電來襲時，可將一定分量的低頻雷電能量直接泄放到地，同時也不會對工作主頻率能量造成影響。如圖1中L0為微亨級電感；

2）使用耐高壓的電容器對雷電進行隔離。由于電容具有通高頻阻低頻特性，當雷電來襲時，電容可阻止雷電能量到發射機，同時又不影響發射機一邊主頻率工作能量輸送到天線。如圖1中C0為高壓隔離電容；

3）在天線下端接石墨放電隙，石墨放電隙之間間隙按照1mm間距1kV的標準進行調整。在通地銅管上套若干低通磁環，串入低通磁環目的是發射機正常工作時不起作用，但當天線受雷擊短路時，由于磁環對瞬時高能量有很大抗性，可相應增加發射機保護時間，提高發射機短路阻抗，從而減輕雷電對發射機的損害，如圖1中G為放電間隙，下面的圓形黑點是低通磁環。endprint

匹配網絡防雷單元有幾種不同的形式，圖5是幾種防雷網絡形式。第一種L0、C0諧振于本頻，C1為隔直流電容器，L0為防雷下引線圈，該網絡形式一般用于特性阻抗較低的天線；第二種L0、C0諧振于旁頻，L0+L1為防雷下引線圈，C1為隔直流電容器，該網絡形式把阻塞網絡、防雷網絡、天線阻抗轉換網絡揉為一體，簡化了整個網絡系統；第三種L1+L0為防雷網絡下引線圈，C0為隔直流電容器。采用該網絡形式，可提高天線阻抗虛部，減小匹配網絡設計難度。

2.5 預調網絡

設計雙頻或多頻共塔網絡時，應考慮各頻率在天線上阻抗差異問題，如果兩個或多個同塔頻率在天線上阻抗差異較大（主要是有的阻抗很低，不易于其它頻率在饋點上匹配）就要考慮阻抗平衡問題，在天線底部加上預調網絡，可平衡饋點上各頻率的阻抗，減少匹配網絡設計難度，減少功率損耗，圖1中L0、C0不僅起到防雷作用，其最大作用是平衡作用，選擇合適的L0、C0的大小，可相應提高或減少天線阻抗，使天線阻抗接近單頻阻抗或兼顧多頻率在此天線上的阻抗，達到平衡阻抗的目的。

3 匹配網絡設計注意事項

3.1 電氣參數的冗余量

由于天線匹配網絡在高溫高壓大電流下工作，通帶功率大，且容易遭受雷擊，因此設計時應盡量使用電氣特性好、耐壓高的器件。設計參數留有足夠的余量。對于電容，若單只滿足不了耐壓和功率要求，就要采取多只電容串并聯方式；為避免電感功率不足造成發熱嚴重問題，在空間允許情況下，盡量采用直徑大的銅電感線圈，這樣做可提高電容、電感耐壓和功率要求，減少發熱量，延長使用壽命。

3.2 匹配網絡的散熱問題

由于功率損耗的存在，匹配網絡在工作中散發熱量很大，特別在夏季，有些散熱不好的調配室溫度最高可達60℃以上，網絡器件上的溫度更高，如此高的溫度會造成器件電氣參數變化，進而引起整個網絡阻抗變化，發射機反射功率大。因此，應采取有各式各樣有效的通風降溫措施，保證匹配網絡穩定性。常見散熱方式有散熱窗自然通風、軸流風機散熱和地道負壓通風等方式。

3.3 網絡中元器件的考慮

在匹配網絡設計中，在保證實現匹配功能情況下，應盡量簡化整個網絡元器件，并要考慮到每個電容、電感和連接件的伏安量，不僅要考慮到調試的方便性，還要考慮到整個網絡的成本問題。另外，在網絡設計中，盡量不用昂貴的真空電容，多用可調電感線圈調節網絡。

3.4 安裝注意事項

對新購元器件要進行耐壓試驗，符合要求后才使用；匹配網絡中各器件的連接及保護接地一定要牢固可靠；根據推算出的各器件接線端電壓大小，留足與其他器件間距，避免高頻拉弧放電；電感與電感之間的擺放除了有一定的安全距離外，最好相互垂直放置，避免相互之間產生磁感應，影響特性阻抗。

4 結論

天饋線匹配網絡是發射系統重要組成部分，設計良好的天饋線匹配網絡不僅能保證發射機工作的穩定性，增強防雷效果，降低駐波保護次數，同時還大大減輕備件的維護成本和技術人員的維護強度，提高發射質量和效率，為發射臺的安全播出打下良好基礎。

參考文獻

[1]莊濤.中波廣播發射臺理論基礎與實踐技術手冊[S].北京：光明日報出版社，2014.

[2]潘勝偉，等.中波天線匹配網絡寬帶化探討[J].廣播與電視技術，2013，40（12）：102-104.endprint