浅析自立塔式中波小天线天馈匹配网络的原理和调试

文/罗宇

引言

我台新架一座48米高的自立塔式中波小天线，天线采用了实用的自立式钢塔结构，无拉线，占地面积小，维护方便，用来实现900KHz和1206KHz双频共塔播出。该天线调配双工网络的设计原理使天线的带宽得以展宽，带外衰减大大提高，有效防止了本台或临近台其他频率之间的相互串扰，同时使天线端与发射机之间形成物理隔离，并形成多次防雷接地，从而大大提高了发射机的防雷效果[1]。这里，主要介绍我台中波小天线天馈匹配网络的原理和调试过程。

1.天馈匹配网络各部分功能

1.1 预调网络

由于中波小天线对不同的工作频率有不同的天线输入阻抗，预调网络可以使两个不同频率的天线输入阻抗转变成比较接近的数值。如果没有预调网络的接入，会因阻抗的差异过大而造成天线端的电压、电流差异很大，天线端的泄漏电压相差也大，容易造成串音；也会造成一路的阻塞网络的视在功率大，匹配网络的视在功率也大，会影响发射机的效率和稳定性，所以要加入预调网络。

1.2 阻塞网络

双工网络中的阻塞网络主要起相互隔离，防止互窜的作用，本频通过时阻抗小，阻塞它频时阻抗大。

1.3 阻抗匹配网络

通过匹配网络使天线与馈线达到阻抗匹配，才能将发射机输出的高频能量最有效地传播出去，若天线与馈线失配，不仅影响馈线的传输效率，还将在馈线上产生反射波从而形成驻波，给发射机的稳定工作带来不利的影响，甚至给设备造成不必要的损坏。匹配网络型式有四种，分别为型、倒型、T型、π型[2]。

Г型网络：从原理上讲，Г型网络可以对任意阻抗进行转换，为了保证天调网络具有一定的带宽，天调网络必须满足Q值的要求。因为Г型网络只有两个元件组成，它的Q值是不能变化的，经设计后的双工匹配网络要在满足网络Q值的前提下才可以使用。

T型匹配网络：T型网络可以对任意阻抗进行转换，由于增加了一个串臂元件，它可以看作是倒Г型网络和正Г型网络的并臂并联组成的， 它可以通过选取不同的元件值来改变Q值， 满足网络对Q值的要求。

π型匹配网络：π型网络也可以对任意阻抗进行转换， 由于增加了一个并臂元件，它可以看作是正Г型网络和倒Г型网络串臂串联组成的， 它也可以通过选取不同的元件值改变Q值， 满足网络对Q值的要求。

我台中波小天线采用的是Γ型匹配网络。

1.4 陷波网络

陷波网络在天调网络中往往起着滤波的作用，对网络的阻抗没有影响，其形式有串联谐振和并联谐振的多种组合。

2.自立塔式中波小天线天馈网络器件构成和作用

我台自立塔式中波小天线天馈网络原理图如图1所示。网络中各器件的构成和作用是：（1）L1和C1对900KHz构成并联谐振，让馈线送来的900KHz射频信号不落地，高效传输到Γ型网络进行阻抗匹配，同时利用L1的抽头位置可改变输入阻抗；（2）L2和C2构成Γ型网络实现阻抗变换；（3）L4和C4组成并联谐振阻塞1206KHz进入本网络，对900KHZ来说呈感性，它与C3组成串联谐振为900KHz提供通路，但是不易调整，因此加入了L3方便调整；（4）L0为预调网络，同时还有防雷作用。对1206KHz网络只是少了C3，因为L4"和C4"组成并谐对1206KHz来说呈容性，它与L3"实现串谐也方便调整。

图1

3.天馈匹配网络的调试

调试天馈匹配网络过程如下：

第一步，测量小天线对两个频率的输入阻抗。断开小天线与网络的所有接点，网络分析仪正端接小天线，负端接地，测得：900KHz的阻抗ZA=38.3-j 13.2，1206KHz的阻抗ZA=51.6-j 8.3。

第二步，把L0与小天线接上，其他网络器件仍不用接，进行调试，改变L0的电感量，找到一个使两个频率的阻抗实部比较接近的最佳点，最后测得的是：900KHz的阻抗ZA=45-j 13，1206KHz的阻抗ZA=49.5-j 10.4。此时，预调网络L0算已调好了。

第三步，调整由L4和C4组成的阻塞网络，以阻塞另一个频率1206KHz，独立测L4和C4并联谐振点。将连接L4、C4的其他器件断开，接上网络分析仪并设置在1206KHz范围中，通过调整L4电感量，让其谐振在1206KHz。

第四步，调整L4、C4和L3、C3组成的串谐网络。应把连接着的其他器件断开，将网络分析仪设置在900KHz范围中，调整L3，让其谐振在900KHz。

第五步，调整由L1和C1组成的并联谐振。将网络分析仪设置在900KHz范围中，调整L1电感量让其谐振在900KHz。

第六步，把天调网络所有的接点都连接上，调整由L2和C2组成的Γ型阻抗匹配网络。把网络分析仪接到900KHz的网络柜输入端，调整L2的电感量，同时改变L1的抽头位置，使输入阻抗接近于馈线的阻抗。我们最后调到的阻抗是ZA=50.6-j 1.2，这样，双频共塔900KHz这边的天调网络就算调试完成了。

用同样的方法对另一边1206KHz网络完成调试。经过调试后，我们在1206KHz的网络柜输入端测得的阻抗是ZA=50.2-j 1.2。

用网络分析仪测得小天线对应两频点的天馈匹配网络指标数据如表1、图2和图3所示。

表1 小天线天馈匹配网络指标

图2 900KHz阻抗及驻波

图3 1206KHz阻抗及驻波

第七步，把发射机接通天线测量电声指标。自立塔小天线天馈网络调试完毕后，把发射机倒换到小天线，用调幅音频综合测试仪分别测量了对应两部发射机的三大电声指标，经测试，三大电声指标均达到了部颁的甲级标准。

第八步，送信号试播并收测播出效果。我们用1KWPDM发射机全功率试播，900KHz和1206KHz的两部发射机稳定运行，机器指标参数正常，经红外测温枪检测发射机和天馈网络温度正常。由于气候、天气的影响，有时需要对天调网络进行微调，达到最佳工作状态。

在城市郊区不同地点收测信号场强，与现有的68米拉线塔发射覆盖的效果相比较（对照表如表2所示），场强基本一样，收听的广播声音清晰，在开阔的地段小天线的收听效果还略好一些。

表2

结语

随着全国城市化的发展，土地资源越来越珍贵，而中波发射台站通常需要占用大量的土地面积，与当今社会发展有所冲突。中波小天线由于尺寸小，重量轻，占用土地面积不大，很好地解决了这个问题。我们台作为广东省广播电视技术中心下属台站建设的第一座48米自立塔式中波小天线，具有标杆作用，投入使用后，经过两年多时间的观察，其工作是稳定可靠的，为场地受限制的台站对天线的选择提供了一种可行的解决方案。

[1]金明.中波广播电视发射台理论基础及设备维护维修技术手册.中国广播电视出版社，659-692.

[2]伍嘉煦.中波广播发射天线双工匹配网络的设计与实现[N].电子科技大学，2011-10-01.