中波廣播雙頻共塔天線調配網絡及主備網絡倒換系統的設計原理

李春國

（作者單位：貴州省廣播電視局八二七臺）

天線調配網絡是中波廣播發射系統的重要組成部分，作用是使天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗相匹配，抑制天線倒送過來的高頻回饋電壓，提高發射質量，保障設備安全。主、備天調網絡系統主要是為降低設備安全播出事故率而設計的，主要目的是使主天調網絡系統出現故障時能夠及時切入備用網絡，最大限度地縮短停播時間，從而提高安全播出率。

1 天線調配網絡

1.1 匹配網絡

匹配網絡主要是使天線的輸入阻抗Ra+JXin和饋線的特性阻抗W相匹配。現使用較為廣泛的匹配網絡一般有Г形、T形或Π形網絡，其中，因Г形網絡所用元件較少，易于調整，應用較廣泛，調試比較便利，并具有良好的通帶特性。Г形網絡又分為正Г形網絡和倒Г形網絡，其網絡線路如圖1和圖2所示[1]：

（1）當W＞Rin時，其元器件值按式（1）和（2）計算：

元器件的最大電壓（100%調幅峰值）、最大電流（100%調幅有效值）計算如下：

（2）當W＜Rin時，如圖2：

其元器件值按式（7）和（8）計算：

元器件的最大電壓（100%調幅峰值）、最大電流（100%調幅有效值）計算如下：

式中：P為發射機載波功率。

以貴州省廣播電視局八二七臺天線為例，經測量：天線對于765 kHz、1 143 kHz的天線阻抗分別為111.7+j31.5、59-j101.8，饋線特性阻抗為50 Ω。故采用倒Г形匹配網絡。

1.2 阻塞網絡（鄰頻倒送的抑制）

當有其他發射天線或較近距離的大功率電臺工作時，由于天線的互逆性，天線就會接收到較大的射頻電壓，該射頻電壓將對發射機產生負面影響，致使發射機自動保護或關機，造成播音中斷。因此，在實際中，主要應用阻塞網絡、陷波網絡和帶通濾波器來抑制從天線倒送過來的射頻電壓，保障發射機正常工作。

1.2.1 陷波網絡

陷波網絡一般有兩種連接形式，即先串聯后并聯（見圖3）、先并聯后串聯（見圖4），它們的作用都是在抑制f1的同時不影響原來的阻抗。圖3中，電感L1和電容C1串聯諧振在干擾頻率f1，和X并聯諧振在工作頻率f0。圖4中，L1和C1并聯諧振在工作頻率f0，和X串聯諧振在干擾頻率f1。

1.2.2 串聯回路中的并聯諧振

（1）圖5先并聯后串聯：L1和C1并聯諧振在干擾頻率f1，和X串聯諧振在工作頻率f0。這樣，在抑制f1的同時也不影響原來的阻抗。這種方法可以在雙頻共塔或多頻共塔的天調網絡中作為阻塞網絡使用。

（2）圖6先串聯后并聯：L1和C1串聯諧振在工作頻率f0，和X并聯諧振在干擾頻率f1。這樣，在抑制f1的同時不影響原來的阻抗。

1.2.3 帶通濾波器

當一個發射臺頻率眾多時，可采用帶通濾波器來抑制鄰頻的干擾。其既要具有一定的通帶帶寬，又必須具備阻帶特性。現一般使用二階巴特沃斯濾波器作為天調網絡中的帶通濾波器，最窄帶寬應為100 kHz以上。

因貴州省廣播電視局八二七臺的天線為雙工天線，在配置兩個頻率各自的阻抗匹配網絡時需分別串聯一套阻塞網絡（見圖7），以防止兩個頻率間的串擾。

阻塞網絡有兩種，即并聯諧振網絡和串聯諧振網絡。它與天線的連接方式如圖8所示[1]。

阻塞網絡一般有兩種網絡形式：并聯諧振阻塞網絡對阻塞網絡呈無窮大阻抗，阻止該頻率通過，對通過頻率呈現某一電抗；串聯諧振阻塞網絡的一端接地，為阻塞頻率提供通地旁路，對通過頻率呈現某一電抗。因并聯諧振網絡在設計和調整上較串聯諧振網絡簡便，故多工天線電路多采用并聯諧振網絡，其諧振頻率

綜上所述，結合貴州省廣播電視局八二七臺的實際情況，應使用的干擾頻率抑制為如圖5所示的串聯回路中的先并后串阻塞網絡形式。

1.3 防雷系統

天線一般都是其所在場地周圍的最高建筑，易招引雷電，故需要加裝防雷裝置，保障設備安全。在天調網絡中我們采取如圖9所示措施。

1.3.1 電磁耦合隔離防雷

在全屏蔽的網絡箱內安裝一套針對本頻特性的電磁耦合隔離防雷裝置，通過電容、電感的選頻性將本頻的插入損耗控制在0.2 dB內，回損＞28 dB，由于雙調諧電感是靠耦合方式傳輸的，能夠使雷電的能量在此被隔離而得以釋放。

1.3.2 石墨放電球

除在天線底部安裝半圓形金屬放電球ZZ外，還應加裝一對CAP圓柱形石墨放電球，并在其接地端串套40～50個小磁環，這樣既能形成良好的放電通路，又能提高發射機短路時的射頻阻抗，保護發射機。

1.3.3 微亨級的電感L0

因雷電的能量主要集中于低頻和直流部分，故需要在天線下并聯一只微亨級電感L0，為天調網絡提供一路對地靜電放電通路。

1.3.4 隔直流電容C0

CO主要起到隔離的作用，抑制雷電的大部分能量通過天調網絡進入發射機。因其是防雷器件，故需采用高耐壓、高伏安量的高頻電容。

綜上所述，以貴州省廣播電視局八二七臺為例，經測量計算，該臺新增天線調配網絡765 kHz 10 kW 50 Ω（共塔1 143 kHz 10 kW 50 Ω）原理如圖10所示，其中，Z為放電球裝置，采用石墨放電球裝置，有利防雷，間距約為10 mm；K為通地閘刀；C11和L11并聯諧振于765 kHz，用于阻塞765 kHz頻段；C1和L1并聯諧振于1 143 kHz，用于阻塞1 143 kHz頻段。

在選取和安裝天調網絡元件（電感、電容）時應遵循以下原則：

（1）在選擇電容時，滿足需求的同時還應留有50%以上的安全冗余度，提高網絡的安全可靠性。

（2）在選取電感線圈時，應選擇合適的直徑，并留有1/3左右的余量，以便調試。

（3）為減小電感線圈相互間的感應，在小范圍同一平面內最多只裝3個電感，且為三維垂直方向；電感抽頭的引線應安裝在線圈內部走，不用的電感余量不能短接。

（4）鋪設的銅帶地線采用厚0.3～0.5 mm、寬60～100 mm為宜，并沿電流行進方向進行鋪設，保證接地良好。

（5）連接各元器件時，應根據電流大小選用合適的銅帶，并保證其接觸緊實，減小接觸電阻。

2 主備網絡倒換裝置

為防止天線調配網絡故障造成發射機停播事故，增加一套備份天線調配網絡（見圖11）。該調配網絡同時置于天線調配間與原天線調配網絡互為備份，兩個頻率的傳輸饋管分別進入兩個φ40的手電一體同軸開關S1、S2，由同軸開關負責分配至所需要工作的天調網絡，同時輸出至天線端口的切換由φ80手電一體同軸開關S3來完成。

3 結語

控制部分采用機房內一鍵操作切換來完成，10 s內即可完成兩套網絡間的切換。當機房內的一鍵切換開關啟動時，天線調配房的控制系統接收到切換信號，首先判定是否有發射機在調配網絡上工作，一旦檢測到天線端有發射功率則自動拒絕切換命令；當檢測到天線端無發射機在工作，則控制3個同軸開關同時切換，同軸開關切換到位后給天線調配房的控制系統和機房內的控制器一個反饋命令，天調房的控制器和機房內的控制器同時顯示切換到位指示，發射機可在天線端工作。具體操作如下：

（1）撥動控制室的鈕子開關，可切換同軸開關，選擇相應的天調網絡，控制室和天調室的控制盒上的相應指示燈亮。

（2）如需要在天調室切換同軸開關，應將相應同軸開關控制器上的“手動/自動”開關撥到“自動”，在同軸開關上按“點動”按鈕。操作完成后，將同軸開關控制器上的“手動/自動”開關撥回“手動”。

（3）3只同軸開關控制器分別控制3臺同軸開關。

（4）發射機開機時，不可進行同軸開關切換。