中波開源網絡分析儀的改造及天調網絡實驗板的設計與實現

周偉

摘要：本文利用貼片元件體積小、制作成線路板方便攜帶的特性，使用KiCad軟件設計原理圖，制作印刷電路板并焊接貼片元件，完成模擬中波發射機機內網絡、天調網絡和天線的線路板。該試驗板沒有天調網絡里高電壓、大電流的網絡元器件，使得天調網絡小型化，只需改變跳線帽的連接即可模擬網絡參數的調整，能在頻率改頻、調整天調網絡等工作中提供幫助。通過對軟件和硬件進行改造，將其轉變為矢量網絡分析儀，具有便攜和直觀的優點，且具備較強的抗干擾性能，能夠在存在同頻干擾的情況下完成網絡調整與改造。

關鍵詞：中波；網絡分析儀；天調網絡；設計

一、引言

網絡技術和通信領域的發展在現代社會中扮演著重要的角色，使得人們在跨越時空的同時，能夠互相交流和分享信息。然而，網絡的優化和維護對于確保其穩定性和效率至關重要。本文旨在探討網絡分析儀的改造和網絡試驗板的設計，以提高網絡調整和設計的能力。

二、網絡分析儀的改造

本次改造的矢量網絡分析儀參考了相關開源項目設計，并修改了部分電路。增加了電池管理電路并重新設計了PCB電路板。測量范圍為10KHz-1.5GHz，利用si5351芯片的奇次諧波擴展支持到1.5GHz的測量頻率。Si5351直接輸出的50KHz-300MHz頻段能提供優于70dB的動態性能，而擴展的三次諧波300M-900MHz頻段和五次諧波900M-1.5G頻段能提供優于60dB和40dB的動態性能。對于中波525KHz-1605KHz范圍和發射機機內三次諧波小于6M已足夠使用。

在使用過程中發現，在非發射臺區內使用時儀器的精度和抗干擾性都很好。一旦在發射臺區使用，抗干擾性能就不理想，儀器無法穩定工作。為了增強抗干擾能力，打算通過修改網絡分析儀固件程序編碼。經過半年的試驗，抗干擾能力有所改善，但未達到預期效果。因此，考慮從網絡分析儀的硬件方面下功夫，以增強抗干擾能力。

根據網絡分析儀原理圖，C39、C42、C48、C51、C57、C60是耦合電容。因此，考慮改變耦合電容的參數以達到衰減2MHz以上諧波干擾的目的。網絡分析儀使用了3個SA612AD雙平衡混頻器，其中1、2腳是輸入端，輸入阻抗約為1.5KΩ。經過實驗發現，使用Multisim仿真分析軟件模擬在1.5KΩ負載下的100nF、200nF、500nF和0.1uF耦合信號大小變化情況，并沒有明顯變化。

在網絡分析儀原理圖中，3個SA612AD雙平衡混頻器的8腳Vcc供電濾波電路由100nF、100pF電容和4.7uH電感組成。經過分析，發現該濾波電路對中波頻率的濾除不太干凈。因此，使用Multisim仿真分析軟件模擬了該濾波電路，在仿真中發現500KHz-3MHz頻率范圍內的干擾無法有效濾除。為了解決這個問題，設計了在該濾波電路中增加一個容量為10uF的濾波電容C3，這樣就可以有效濾除500KHz-6MHz頻率范圍內的干擾。

做好以上準備后，開始改造網絡分析儀。增加了TX頭到U7（SA612AD）雙平衡混頻器1、2腳的線路板連線，并使用覆銅加固，以提高信號傳輸質量。還加強了3個SA612AD雙平衡混頻器和模擬電路的信號屏蔽，通過在8腳供電濾波電路的100nF電容上增加5-10uF電容來實現。

除此之外，還對C45、C46進行了處理，將其焊接在C46焊盤上，并在C46焊盤上焊接了5-10uF電容。同樣的方式處理了U7（C36、C37）和U9（C54、C55）的濾波電容。此外，將R36、R39、R42、R44、R47、R48、R49拆卸，并通過打磨焊盤之間的絕緣層，并使用含銀焊錫加固，以增加橫截面面積，然后將所有電阻重新焊接。

在通電測試中檢查網絡分析儀是否正常工作，并給3個SA612AD和模擬電路加裝信號屏蔽裝置。經過軟件和硬件方面的改造，改進效果如圖所示。重新校準后，在中波發射臺區進行測試，抗干擾能力得到明顯改善。

三、天調網絡實驗板的設計與實現

中波天調網絡參數的調整能力是各個臺站的技術短板，該項技能在頻率改頻和網絡設計中非常重要。由于廣播時間的限制，在調整網絡參數時，RLC測試儀受到同頻干擾的影響比較嚴重，調整過程繁瑣且復雜，很少有機會鍛煉調整天調網絡參數的技術，同時調整網絡參數的過程也非常耗時。經過多次試驗和探究，發現使用貼片元件可以制作出體積小且工作穩定的天調網絡。因此，使用KiCad軟件設計了中波天調網絡試驗板，并成功制作出來，使用效果非常理想。現將元器件選擇和中波天調網絡試驗板的原理圖、PCB圖分享給大家。

（一）元器件的選用

在前期試驗中，先使用電感、電容和撥碼開關模擬中波天調網絡，效果比較理想。但是線路板體積較大，不便攜且不美觀。因此考慮使用0805貼片元件設計網絡實驗板，以達到便攜、美觀、通俗易懂、易操作的設計目標。

（二）元器件的使用

電容選用0805貼片高頻電容，電阻選用0805貼片電阻，電感一定要選擇0805高頻繞線電感。經多次試驗，發現雙針插排比撥碼開關更為方便、穩定。

每個可調電感都是由1uH、10uH、100uH三種電感（每種有9個）串聯而成，可以實現1-999范圍內的調整；每個可調電容都是由10pF、100pF、1000pF三種電容（每種有9個）并聯而成，可以實現10-9990pF范圍內的調整；每個可調電阻都是由1Ω、10Ω、100Ω三種電阻（每種有9個）串聯而成，可以實現1—999Ω范圍內的調整。

（三）中波天調網絡試驗板原理圖設計

根據設計思路，使用KiCad軟件繪制出電路板原理圖，中波天調網絡試驗板原理圖共分四個部分[1]：中波發射機機內Г形網絡原理圖、匹配網絡原理圖、吸收網絡原理圖、模擬發射天線原理圖。

1.中波發射機機內Г形網絡原理

J13為機內網絡的輸入端，經可調電感J6、J7、J8、J9、J10、J11到達J5-2輸出端[2]；可調電感J21、J22、J23和可調電容J31、J32、J33組成三次諧波吸收；J1、J14、J15、J24為Г形網絡的跳線連接；TP3、TP5為Г形網絡的測試點；J5為輸出到50Ω負載和下一個網絡的跳線。

2.匹配網絡原理

J37、J39為匹配網絡輸入端，J35、J36為匹配網絡輸出端[3]；可調電感J25、J26、J27或可調電容J40、J41、J42為匹配網絡串臂；可調電感J45、J46、J47或可調電容J54、J55、J56為匹配網絡并臂，J38、J34、J52為匹配網絡并臂、串臂的容性、感性選擇；J43用來選擇Г型和倒Г型匹配網絡，利用J63-1、J63-2腳跳線連接至J35的1-6腳可把Г型網絡轉變為Π型網絡；TP6、TP7為匹配網絡的測試點。

3.吸收網絡原理

J44-1為吸收網絡輸入端；J48、J49、J50 為可調電感，J57、J58、J59為可調電容，J60、J61、J62為可調電感，J64、J65、J66為可調電容，它們組成串聯混聯吸收網絡[4]；J51、J53、J63為組成串聯混聯吸收網絡的跳線；TP8、TP9、TP10為吸收網絡測試點；J44為吸收網絡和其他網絡之間的連接跳線。

4.模擬發射天線原理

J12為模擬發射天線輸入端；可調電阻J2、J3、J4與可調電感J18、J19、J20和可調電容J28、J29、J30串聯組成R+X的模擬天線[5]；J16為天線虛部，用來選擇感性和容性；J17是模擬天線與其他網絡連接接跳線。

（四）試驗板的仿真與制作

（一）試驗板的仿真

KiCad軟件內包含一個3D查看器功能，可以使用它在交互式畫布中檢查設計缺陷。可以旋轉和平移，彌補在2D視圖上難以檢查的細節。多種渲染選項可以修改電路板的美學外觀，隱藏或者顯示功能部件，以便于檢查各條線路。電氣規則檢查會自動驗證原理圖連接，檢查輸出引腳沖突、驅動器丟失和引腳未連接等情況。制作完成原理圖后，可以使用KiCad軟件內置的3D查看器進行仿真，確認PCB板設計是否正確。PCB板尺寸為：30×13cm。

（二）試驗板的制作

PCB板經過印刷后得到線路板，將購買的貼片電阻、電感、電容等元器件按照原理圖焊接到位后完成網絡試驗板的制作。

（三）跳線帽和TP點用處

中波網絡試驗板中各種顏色的跳線帽和TP點有不同的用途：黃色跳線帽用于調整可調電容，需要將多個跳線帽并聯以達到目標容值；藍色跳線帽用于調整可調電感，因為電感是串聯的，需要直接插入相應的閱讀位置來選擇合適的電感值，當不需要電感時，應插入0位置以保持電感串聯；黑色跳線帽用于調整可調電阻，因為電阻也是串聯的，需要直接插入相應的閱讀位置來選擇合適的阻值，當不需要電阻時，應插入0位置以保持電阻串聯；紅色跳線帽用于將單個網絡組成并提供各個網絡之間的連接；橙色TP點為測試點，綠色TP點為接地點。改造后的網絡分析儀及天調網絡實驗板完成后的使用效果如圖2所示。

五、結束語

通過對這套網絡分析儀的改造和網絡試驗板的設計與實現，熟悉了KiCad軟件的使用和在高頻網絡的選擇和使用貼片元件的方法。對于機內網絡、天調網絡以及發射天線的調整也有了更深入地認識。所制作的網絡試驗板能夠真實地模擬各種網絡的參數特性，方便隨時隨地進行網絡調整和設計。這對于維護人員在調試網絡試驗板時提高對中波天調網絡的認識非常有幫助，還可以鍛煉他們在天調網絡調整方面的技術能力，從而有效保障安全播出。改造后的矢量網絡分析儀具備很強的抗干擾性能，適用于網絡的調整和改造。它方便了技術維護人員學習和理解天調網絡調整的過程，促進了他們在中波天調網絡調整方面的技術進步。同時，在實際維護工作中發揮了重要作用，也節省了維護經費。

參考文獻

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