如何设计中波天线匹配网络

2022-01-20肖云竹

电子制作 2021年24期

肖云竹

（山西省广播电视局中波台管理中心，山西太原，030001）

在中波匹配网络设计中需要满足一定的要求，概况起来主要包括如下几个方面：（1）把天线特性阻抗（复数）通过匹配网络转换为馈线的阻抗,同时因为天线的特性阻抗随季节或环境及地质结构方面影响会变化.网络设计时要尽量减少这种变化以保证发射机正常稳定工作，不会因为天线变化发射机出现频繁保护。（2）对本台其它频率的相互干扰采取措施，比如吸收网络,阻塞网络。（3）解决多频共塔时频率之间相互隔离问题.要满足多个频率都正常工作,并满足发射机工作技术指标要求。（4）调配网络具有很好的防雷电功能。（5）网络功率容量要大.中波调配网络靠自然冷却，网络选用元器件要有一定的富裕量。（6）中波调配网络一般采用两种高频器件,一个是电感线圈L,一个是高频陶瓷电容器C,通过L和C的不同组合来实现阻抗变换。常用的网络变换形式包括“Г”型、 “T”、“π”等,网络设计时根据具体情况可以选用不同的网络形式。（7）要学会网络设计,必须具有一定高频知识,在进行网络设计前,先和大家一起熟悉一下，基本的高频电路知识,以便很好的进行网络设计。

1 高频线路基本知识

■1.1 匹配网络器件

感抗: ZL=2×π×f×L，其中:L是电感线圈，工作频率 f:单位MHz，L：单位：uH, ZL:单位：Ω。

说明：知道工作频率及电感大小可以计算出感抗大小。

电感线圈的电感量大小一般与线圈的口径大小，圈数多少，及线圈长度有关，功率大小与选用铜管粗细有关，简单计算：直径为1mm的铜管最大通过电流为3A。

■1.2 电容 C

说明：知道工作频率及电容大小可以计算出容抗大小。

目前网络电容一般采用陶瓷饼电容器和陶瓷真空电容器，根据功率大小可以选用合适的电容器或电容器组合方式。

国产陶瓷饼电容器型号如图1所示。

图1

说明:外形尺寸分为:2.3.4.5 .6 等,数字越大,电容体积越大。

耐压分为:20KV/25KV,一般300p和500p电容耐压为25kv,1000/1500/2000p电容耐压为20kV。

电容量分为:300/500/1000/1500/2000pF。

需要注意：设计时每个陶瓷饼电容器最大高频工作电流最好不要超过10A。

2 串并联阻抗变换电路

■2.1 串联电路形式及Q值

串联电路形式如图2所示。

图2

RS表示实部，XS表示虚部，其中S表示串联。

■2.2 并联电路形式及Q值

并联电路形式如图3所示。

图3

■2.3 串并之间相互转换

主要包括两种转换：

3 匹配网络基本形式

■3.1 “Г”型网络

主要包括两种网络形式正“Г”与倒“Г”型。

（1）正“Г”网络形式，如图4所示。

图4

适用条件：Z2＞Z1。

（2）倒“Г”网络形式，如图5所示。

图5

适用条件：Z2＜Z1。

网络设计计算方法：根据串并联转换方法逐级进行计算所用电感和电容的值。原则上匹配用电感值＜60μH。其网络特点为：结构简单，但当Z1和Z2给定后Q值也就完全确定了，与L和C取值无关系。这种网络是所有网络的基础形式。

■3.2 “T”型网络形式

“T”型网络可以看作由2个“Г”串联而成，如图6所示。“T”是目前网络设计中最常用的网络形式，优点：变换形式多样,便于调试。

图6

“π”型网络形式如图7所示。

图7

“π”型网络也可以看作由2个“Г”串联而成。其网络特点为：“T”和“π”的回路效率均可以认为是两个“Г”网络回路效率的相乘积。通过选择不同器件参数，可以调整回路效率和回路滤波度。

■3.3 并联阻塞网络形式

双频（或多频）共塔网络中两个频率之间相互阻隔均采用并联阻塞网络。网络器件的选择有一定规范值，对网络工作状态影响很大。

网络形式如图8所示。

图8

其中：L和C谐振在要阻塞的工作频率上。

设计方法：首先，先选择C值，再根据上公式就算出L值。进而，阻塞电容取值经验范围。

阻塞电容选取按上述图9选取时,电容和线圈温升比较小,即损害小.一般来说设计时根据器件情况电容可以适当小一些，阻塞效果好。即：电容越小，阻塞度越高，具体计算见相关资料。在此不再重复。

图9

■3.4 吸收网络

作用：吸收另外一个天线对本频率的干扰，也叫陷波网络。

其网络形式如图10所示。

图10

说明：图中L和C1谐振在工作频率上，对本频工作没影响，与C2（或得是电感）串联谐振在干扰频率上，因为串联谐振阻抗为零，所以起到对干扰频率陷波吸收作用。

经验总结：在频率比较多的电台，吸收网络经常使用，一般来说吸收网络安装在网络馈线入口，效果比较好。

■3.5 “90°”移相网络

其网络形式如图11所示。

图11

其特点为：

（1）选用“T”型网络，三个壁的抗值相同，极性不同。其中：

（2）负载开路时，输入端短路。

（3）负载短路时，输入端开路。

适用情况：

（1）对带宽不好的天线，在阻抗匹配时可以选用移相网络改变负载变化的趋势，便于进行网络补偿。

（2）大功率并机时，并机网络目前均采用”90°”移相网络。

4 匹配网络设计实例及计算过程分析

以某台现有10kW双频共塔网络为例，工作频率：1359kHz和1026kHz，天线为76米标准塔。

■4.1 设计调试完工网络原理图

设计调试完工网络原理图如图12所示。

图12 网络原理图

■4.2 该网络计算过程分析

图中L01和C01为预调网络，目的是把1359kHz和1026kHz两个频率阻抗预调在实部基本接近为好，这样在网络匹配是a1和a2两点电压基本一致，保证阻塞时不会相互串扰。L01和C01并联谐振在1026kHz上，对1359kHz呈现容性，用并联转换成串联方法可以算出1359kHz一路在a1点阻抗变化为：98-j248，1026kHz一路阻抗不变。同时L01电感同时起到直流泻放作用，起到防雷作用，C01电容同时队对雷电中交流成分有泻放作用也有防雷作用。防雷装置采用石墨放电装置，两个石墨间隙可根据天线电压大小可以调整，一般调整到5～8mm即可。

4.2.1 1359 kHz一路分析

（1）阻塞网络

电容选用1500pF，计算电感用16.04μH，该网络对1359kHz呈现-j182，计算方法如下：