淺談中波雙頻共用天線匹配網絡

李國武，劉志強

（1.河南省新鄉中波轉播臺，河南 新鄉 453000；2.河南省焦作中波轉播臺，河南 焦作 454000）

0 引言

一般發射天線離發射機房距離較遠，之間需要一根饋線，在正常情況下，天線的輸入阻抗和饋線的特性阻抗是不相同的，為了達到天線的輸入阻抗（R+jX）和饋線的特性阻抗相匹配，要減少反射波，降低饋線上的駐波比，這樣才能提高效率和保障安全，這種情況下需要在天線的輸入端與饋線之間接入一套阻抗匹配網絡，以此實現天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗相匹配。當采用雙頻或三頻共用天線工作時，對于每個工作頻率而言，就存在相鄰頻率干擾問題，尤其是頻率之間的間隔較近時，干擾就更為嚴重。通常情況下，為了抑制和濾除鄰頻干擾信號，只需在工作頻率通路串聯或并聯相應的吸收回路和阻塞網絡即可解決[1]。

1 雙頻共用天線匹配網絡的技術要求

在正常情況下，雙頻共用天線匹配網絡由預調網絡、匹配網絡、阻塞網絡和吸收回路等部分組成，除此之外還要充分考慮天線匹配網絡的防雷效果。

（1）在雙頻共天線匹配網絡中，兩頻共用天線的兩個頻率的比按廣電總局編制的設計手冊要求應大于1.25，即

（2）匹配網絡的設計時必須和饋線的阻抗相匹配，并且有良好的通帶特性，將其他頻率對本塔發射的頻率影響降至最低[2]。

（3）應盡量簡化設計，使用盡可能少的元器件，這樣做的好處是減少損耗和方便安裝、調試。

（4）在選用元器件時，應盡可能地使用電氣特性好、耐壓值高的元器件。在電容的選取過程中，若單只電容不能夠滿足耐壓和功率的要求，可采用電容串并聯方式以達到耐壓和功率的要求[3]。

（5）阻塞網絡是一把雙刃劍，阻塞網絡在抑制阻塞頻率的同時也會對主頻呈現出一定的電抗，并且上下邊頻處的電抗值會有所不同，也就是說經過阻塞網絡后，會產生邊頻差，當邊頻差積累到一定程度時，會影響到整個網絡的穩定性，所以阻塞網絡應盡可能少用，最多不超過兩個[4]。

（6）當主頻與本臺其他頻率相互干擾時應增加吸收回路，這樣可以實現對干擾信號陷波消除，而對原電路無影響。

（7）有效防雷措施。雷電會對匹配網絡及發射機產生嚴重的破壞，所以在匹配網絡的設計中防雷措施也是必須要考慮進去的。通常匹配網絡中的防雷措施有：石墨放電球、對地電感（微亨級電感）、隔直電容、移相網絡等[5]。

（8）在設計匹配網絡時，還應考慮網絡的散熱問題。整個天調室一般由銅皮包裹，尤其夏季，一些性能不佳的元器件在高溫下電氣參數會發生變化，從而造成匹配失諧，整個網絡工作不穩定，因此導致發射機反射功率增大、駐波增大、工作不穩定，甚至無法開機。所以要采取有效的降溫措施，保證匹配網絡工作的穩定性[6]。

2 預調網絡

由于不同頻率在同一天線上輸入阻抗值相差還是比較大的，有的頻率輸入阻抗較低，不易于其他頻率在饋點上鏈接匹配，因此在天線輸入端就要加入預調網絡，使平衡同天線頻率在饋點上的阻抗匹配，從而降低各頻率之間的設計難度，同時降低阻塞網路、匹配網絡的視在功率（兩機呈現的阻抗實部要大致相等，虛部性質相反）和防雷。常見的預調網絡為以下三種：

2.1 當特性阻抗的實部和虛部較低時

圖1 預調網絡（提高實部和虛部）

L0C0諧振于本頻，L0又做防雷電感，這種形式一般用于特性阻抗的實部和虛部較低的天線。

2.2 當特性阻抗虛部較低時

圖2 預調網絡（提高虛部）

L0、L1為防雷電感，這種形式可提高天線阻抗虛部。

2.3 綜合考慮時

圖3 預調網絡（融為一體）

L0C0諧振于旁路，L0、L1為防雷電感，這種形式是把防雷網絡、阻塞網絡、天線阻抗轉換網絡融為一體。

3 匹配網絡

匹配網絡就是使饋線的特性阻抗與天線的輸入阻抗（RA+jXA）相互匹配，一般是采用正Γ或倒Γ兩種基本形式的LC電路。由于天調網絡所有元器件均是電感或電容，無反射匹配僅是對載波而言，在邊帶頻率上會存在一定的反射和損耗，因此會影響發射機的各項指標，尤其對全固態發射機影響更為嚴重，因此，對全固態發射機的天線匹配網絡的設計、調整上，必須考慮其在整個工作帶寬內天饋線系統都符合要求的匹配[7]。

4 移相網絡

移相網絡如圖4所示：一般是由兩個電感和一個電容組成的L-C-L型移相網絡，它將饋線送來的射頻信號進行移相，使電壓相位與電流相位不同相，電壓最高時電流不為最大值，目的是當雷電入侵天線時，由于電流和電壓的相位不同，不會同時到達發射機，減緩了雷電對發射機的破壞[8]。

圖4 移相網絡

5 阻塞網絡

阻塞網絡就是使本頻順利通過，阻塞其他頻率信號。

LC并聯諧振阻抗的大小選擇是決定阻塞效果好壞的關鍵因素。電容通常要選用高頻低損電容，容量一般選擇在1500~3000 PF之間，帶寬則由發射機功率和干擾強度大小選定，其中Q值高于電感，并聯諧振阻抗主要取決于電感量及其Q值大小。電感元件的等效并聯電阻越大，其阻塞效果就越好。

在進行阻塞網絡設計時，如果阻塞頻率與本頻頻率離得比較近，就存在視在功率的問題。阻塞網絡在阻塞其他頻率的同時，也會損耗一定的本頻功率。如果視在功率比較大，就會造成元器件嚴重發熱，阻抗特性偏移，使整個網絡工作不穩定，所以設計時一定要考慮到視在功率的影響[9]。

6 吸收回路

一般情況下，中波臺發射天線不止一個，頻率也不止一兩個，在設計天線匹配網絡的同時，就應該考慮到本臺其他頻率或周邊頻率對本頻的影響，在匹配網絡中，加入吸收回路，可以實現對干擾信號陷波消除，而對于本頻信號阻抗最大，則對原電路沒有影響。常見的形式有：串聯電路并電容、串聯電路并電感、并聯電路串電容、并聯電路串電感（如圖5所示）。

圖5 吸收回路

具體用什么形式要根據本振和干擾信號頻率的大小及個人習慣而定。

電容的取值一般為500 PF、1000 PF、1500 PF、2000 PF，電感取值一般為10~60 μH。在實際應用中，電容一般選用陶瓷電容（真空電容雖可調節，但成本高，很少使用），通過串并聯滿足容量和耐壓的需求；電感是可調節的。若電路中只有一個可調電感，不容易實現雙諧振，當電容的計算值與電容的標值相差不大時（在10%以內），可以多找幾個電容逐個測量，一般可以找到與計算值一致的；當計算值與標值相差較大時，可用電容的串、并聯達到預期值，也可用電容串聯電感的辦法解決。

7 防雷措施

天線及匹配網絡最容易遭到雷擊，雷電會對匹配網絡和發射機產生嚴重的破壞，匹配網絡中常見的防雷措施如下。

（1）石墨防電球。石墨放電球間隙調節標準為1 mm/kV，在接地端串套40~50個磁環。發射機正常工作時它并不起作用。雷電對發射機造成破壞的主要能量集中在直流和低頻部分。當天線遭到雷擊時，在發射機保護電路動作之前，能提高發射機的短路阻抗，從而對發射機起到了保護作用。

（2）隔直電容。雷電的能量主要集中于直流和低頻部分，加入隔直電容可有效的防止雷電的能量通過饋線直接進入發射機。電容的取值一般選取1000~3000 PF，并且伏安量要大，耐壓越高越好，多采用串、并聯方式。通常情況下，10 kW以下發射功率用4只2000 PF的電容，兩只串聯后再并聯。10 kW及以上發射功率用9只2000 PF的電容，三只串聯后再并聯。

8 安裝時注意事項

（1）電感線圈與電感線圈之間不能離得很近。

（2）電感線圈不能豎立安置于架子上。

（3）距離近的電感線圈之間要相互垂直放置，不可平行放置。

（4）元器件接地處要用銅帶連接，然后焊接在接地銅排上，不可將支架臺直接做為地使用。

（5）接地銅帶不宜過長。

（6）吸收網絡的非接地端盡可能地接在饋線的出口處，便于查找與提高吸收質量。

9 結束語

天線匹配網絡是中波廣播發射中重要的組成部分，它是實現廣播信號能否高效、無失真地傳輸到發射塔的關鍵所在，所以在設計時尤為重要。一是要準確測量出天線所需工作頻率的特性阻抗；二是通過正Γ或倒Γ等基本形式實現阻抗匹配；三是通過阻塞回路、吸收回路抑制本臺或外界其他頻率對本頻的干擾；四是做好防雷措施；五是充分巧妙地運用每一個元器件，減少整個網絡中的元器件個數，從而減低故障率、減少成本。■