中波天线调配网络的设计

明 震

在无线电技术当中经常会遇到阻抗匹配的有关问题。阻抗匹配就是指信号在传输系统中，各环节之间存在特定的配合关系。阻抗匹配的意义就在于将信号源高质量、无损耗地传输到负载上，以实现传输效率最大化、系统运行稳定的目的。引申到中波发射系统中，发射机可以看作是信号源，馈线就是信号源的传输线，中波天线就是信号源的负载，那么在这个系统中首先要求发射机与馈线相互匹配，其次就是馈线与中波天线相互匹配，从而达到整个系统匹配。目前，国内外的中波发射机一般输出阻抗均为50 Ω，市场上也可以直接购买到特性阻抗为50 Ω的馈线，这样就可以直接将发射机和馈线相连接，而中波天线的阻抗往往不可能刚好是50 Ω的纯电阻状态，不能将馈线与天线直接相连接，这时就要求在馈线与天线之间增加一套阻抗匹配网络，以使天线阻抗等于馈线特性阻抗。即该阻抗匹配网络与天线相连接之后通过调节该阻抗匹配网络器件参数以使该阻抗匹配网络的输入阻抗等于50 Ω。在这个系统中，发射机与馈线相互匹配，馈线与中波天线通过阻抗匹配网络达到相互匹配，整个发射系统也就达到匹配了。这样就可以保证中波天线获得最大空间辐射功率，实现最大范围的有效覆盖，同时整个发射系统因几乎无驻波电压的出现达到整体稳定运行的目的。将在馈线与天线之间增加的这套阻抗匹配网络称之为天线调配网络。天线调配网络的设计方法和思路有多种，而这种通过串并联相互等效转换原理，再结合网络的品质因素Q来设计并计算天线调配网络的方法更加容易理解和掌握，下面就此方法展开论述。

1 电容、电感的电抗值计算

在天线调配网络中起阻抗匹配作用的主要器件就是电容和电感。电容的电抗叫做容抗，电感的电抗叫做感抗。

电感的感抗计算公式为：

2 串、并联电路相互等效转换公式的推导

如图1所示，RP和XP并联，RP为电阻，XP为电抗（可以是容抗也可以是感抗），此处定义XP为感抗予以计算。

图1 并联电路

将并联计算展开：

（2）式可以理解为是实部和虚部两部分串联组成，设RS为实部，XS为虚部，则（2）式可以表示为：

可以用图2电路图表示（3）式，则图2与图1相互等效。

图2 串联电路

由（2）式和（3）式可得出：

将（4）式和（5）式代入并联品质因数公式：

最后提出来的一个问题：“公共财政究竟离我们有多远”？我们说究其本质，公共财政是一个民主财政，是一个控权财政，如果说人民对政府的公权力没有办法得到监督和制约，我们的人大机关不能有效的形式对预算的监督权、否决权的话，那么我们想公共财政的问题依然没有办法解决，所以说，我们最后对我国公共财政建设的一个认识就是任重而道远。感谢各位老师。

从以上的推导结果，可以得到如下关系式：

3 串、并联等效转换公式在阻抗匹配网络当中的应用

在一个阻抗匹配网络中，可以利用上述串并联相互等效转换公式来计算匹配网络所需器件的参数。假设有两只不同的电阻RP和RS（RP＞RS），要求在这两个电阻之间加一阻抗变换四端网络，使这两只电阻相互匹配，即让四端网络的输入阻抗等于RS，输出阻抗等于RP。如图3所示，只需要分别计算出XP和XS的参数就可以了。因为RP＞RS，所以采用“倒Γ”的网络形式。

图3 阻抗变换四端网络

根据串并联相互转换公式，先求出网络的品质因数：

因为要使网络两端达到匹配，XP和XS必须采用相反的电抗才可以。所以，将符号考虑进去，得到：XS=±QRS，

当XS取容抗时，XP必须为感抗；反之当XS取感抗时，XP必须为容抗。

4 天线的调配

天线的调配从本质上讲就是一种阻抗匹配的工作，以某台单塔天线为例，运用以上推导的公式，说明天线的调配过程。

已知某电台频率f0＝747 kHz，天线阻抗ZA=15-j30=RA-jXA，馈线的特性阻抗W=50Ω，现在要通过阻抗匹配网络使天线阻抗与馈线特性阻抗相互匹配。因为W＞RA，所以采用“正Γ”匹配网络，并臂电抗XP应在馈线端，而串臂XS应接在天线端，如图4所示。

图4 阻抗匹配网络

根据以上推导公式：

则XS=X'S+XA=j(22.95+30)=j52.95Ω（感抗）

再由电感电容的电抗公式分别求得电感LS和电容CP为：

5 天线调配网络的测试与调整

上面通过利用串并联等效转换公式的方法得到了天线调配网络各器件的参数，按其结果来组装调配网络，再接上天线与馈线（按图4连接），但是往往并不一定能达到预期的效果。也就是说，并不一定能得到良好的或者满意的匹配。这是由于在安装时，存在着无法预估的分布电容和引线电感，以及电容自身容量的误差，所以其结果并不一定能完全令人满意。所以，安装完毕以后，还要对系统作一次较为仔细的调整，使其尽量接近预料的结果，达到理想的匹配。

在调配网络按计算结果组装完成以后，用阻抗电桥（最好是用矢量阻抗仪或网络分析仪等）在调配室的馈线窗口处将馈线甩开，测试网络输入端的输入阻抗，通过反复交替调整XP和XS的方法使其输入阻抗等于或尽可能接近馈线的特性阻抗，此时天线调配网络的测试与调整才完成。

6 天线调配网络的考验

调配工作结束以后，就是实际加功率考验了。将发射机的功率逐步加到馈线上，在加功率的同时要分别观察调配网络及发射机，看在加功率的过程中有何异常反映，直至加到满功率，若无异常的情况下接下来逐步加上调幅直至m＝1，再将调幅退至m在0.35～0.5，连续工作半小时后，关机进调配室摸温，检查电感电容的温升情况，如无异常再试播音。在第一次长时间试播之后，应再次关机立即进行摸温检测，如无异常，详细记录调配网络所使用器件的参数并归档，以备日后维护时作为参考，至此调配工作才算结束。

7 结语

中波天线匹配网络性能的优劣直接关系发射机的发射效果，以及发射机的稳定性。往往天线匹配网络设计要综合考虑众多因素，如多频共塔、天线之间的串扰、网络器件的功率容量等。这就对网络设计者提出了更高的要求，广大广电技术工作者只有通过不断探索实践，从基础理论出发，拓展设计思路，才能设计出更为理想的方案。

[1]何大中,章之俭.广播电视技术手册[M].北京:国防工业出版社,2011.