中波天调复合网络的设计与应用

桂茂森

(河南省信阳中波转播台,河南 信阳 464000)

1 高频回馈的抑制

由于发射台大多有多副天线工作(各天线间距离又较近),而每副天线大多使用双频共塔甚至三频共塔,所以发射天线将感生出较高的不同频率的多种射频信号,这些信号通过天调网络馈入发射机形成高频回馈,若不加以有效抑制,发射机,特别是全固态发射机将无法进行工作[1]。

1.1 高频回馈抑制的解决方法

常用的解决方法有:并接于网络中的串联谐振滤波器(吸收单元),串接于网络中的并联谐振滤波器(阻塞单元),带通滤波器3 种方式。另外,防雷网络中的L0也对高频回馈有着一定的抑制作用。由于存在多个且强度各异的高频回馈对本频的干扰,所以简单的并联阻塞网络和串联吸收网络已无法满足抑制亏空的需求,本文重点介绍复合阻塞网络和复合吸收网络的设计要求及应用。

1.2 复合阻塞网络

在阻塞单元的设计中,LC 并联谐振阻抗的大小的选择是关键,其决定着阻塞效果的好坏。电容一般采用高频低损耗电容,容量在1 500～1 200 PF,带宽则根据共塔频率的发射功率和其他干扰信号强度大小选定,一般来说,其Q 值远高于电感,而并联谐振阻抗的选取主要取决于电感量及其Q 值大小。电感元件的等效并联电阻越大,阻塞效果越好。但是当阻塞频率与本频很近时(双频共塔设计时,两频率之比值应大于1.25倍),就要考虑牺牲一定的阻塞效果,来保证网络的通带特性。这时电感的取值就要尽可能小,否则载波环流会很大,不仅增加损耗,还不利于载波边带发射的抑制。

在实际应用中,经常采用复合阻塞网络,即采用一个电抗原件与阻塞单元电路串联,在本频上呈现串联谐振状态,以消除对网络阻抗匹配状态的直接影响。

如图1 和图2 所示,图1 和图2 分别是阻塞频率低于工作频率时的复合阻塞网络和阻塞频率高于工作频率时的复合阻塞网络。

图1 阻塞频率低于工作频率时的复合阻塞网络

图2 阻塞频率高于工作频率时的复合阻塞网络

图1 所示电路适用于阻塞频率低于工作频率的情况,L1、C1串联谐振于工作频率,对于阻塞频率而言,该支路呈容抗,其电抗值X1和L2并联谐振于所需阻塞的高频回馈频率。图2 所示电路适用于阻塞频率高于工作频率的情况,L1、C1串联谐振于工作频率,但是该支路对于阻塞频率而言呈感抗,其感抗值为X1;L2、C2串联支路对于阻塞频率而言呈容性,本支路不采用单个电容的原因是便于X1和X2并联谐振与所需阻塞的高频回馈频率。

为了提高阻塞网络的抑制效果,应该把阻塞网络串接于低阻抗处。另外,为了防止边带反射过大,在设计阻塞网络时,被阻塞的频率应远离工作频率,同时不要在网络通道中布置多个阻塞网络,最好在2 个以内。

1.3 复合吸收(陷波)网络

在吸收单元中L 的选择很关键,L 越大,滤波效果越好;L 越小,则边带反射和载波损耗的可能性就越大。当所吸收的频率很接近载波频率时,L 的取值要尽可能大,否则载波能量损耗和边带反射都会很大。

在实际应用中,经常在吸收单元电路的两端并联一个电抗元件,并联后的电路在本频上呈并联谐振状态,对网络阻抗匹配的直接影响被消除。如果需要使用多个吸收单元,则可共用一个并联电抗元件,其原理是一样的。

如图3 和图4 所示,图3 和图4 分别是工作频率低于被吸收频率的复合吸收网络和工作频率高于被吸收频率的复合吸收网络。

图3 工作频率低于被吸收频率的复合吸收网络

图4 工作频率高于被吸收频率的复合吸收网络

采用复合吸收电路的好处,是它的接入和撤出对网络匹配状态影响不大。为了提高吸收网络的抑制效果,应该把吸收网络电路并接入高阻抗处。当两个发射天线距离较近而且地网连接在一起时,高频回馈抑制电路最好不要选择吸收电路,而应选用阻塞电路来抑制邻频干扰[2]。

2 高频回馈措施的选择与统筹

各种高频回馈抑制措施有利有弊,在设计时应综合考虑各个方面因素,根据实际播出情况,权衡利弊,解决主要矛盾,兼顾次要矛盾。

如果台内播出频率间隔小,天线距离又近,干扰强度大,可考虑使用吸收单元和阻塞单元进行分别滤除,在共塔网络中,若遇较强的高频回馈,则可考虑串接阻塞网络给予滤除。在实际应用中,吸收单元或阻塞单元的总数量最好不要超过4 个,否则很难保证边带反射不超标。

如果干扰频率个数较多,且都与工作频率间隔较远,干扰强度不是很大,则可考虑使用二阶带通滤波器或利用阻抗匹配电路的高通或低通特性给予集中滤除。高阶带通滤波器使用的元件多,调整复杂,一般情况不推荐使用[3]。

3 网络运行的稳定性

对于工作频率较多、频率间隔较近、共塔发射的中波台,其天线网络势必呈现两多一大的特点:即元件数量多、谐振回路多、Q 值大。随之也就会产生网络工作不稳定并影响频率特性等问题。

3.1 造成网络稳定性差的主要原因

当天调网络谐振回路多、Q 值较大时,元件中的回路电流很大,所产生的热耗也就大。当元件热耗过大时,就会造成元件因温度上升而形成的参数变化,致使网络阻抗发生变化,发射机输出回路失配。在网络设计时,若该因素不加重视,极易造成因元件热耗过大而产生温升,导致网络工作不稳定,甚至造成元件损坏的情况,这也使得整套系统的传输发射效率降低。

其表现形式大多是在用电桥冷调时一切正常,在加入额定功率输出时,刚开始表现正常,随后不久发射机反射功率开始变大,输出功率也略有降低。如热耗不是很大,该状态可进行维持;如热耗过大,发射机就会因反射过大而降低功率,甚至关机。

3.2 解决方案及措施

(1)在谐振回路中,电容的温度特性要好于电感,在遇到几十度的温差时,电感线圈的结构和铜线的电阻等都有微小变化,所以应重点考虑温升引起的电感变化。在条件允许的情况下,电感线圈最好选用空心铜管,增加传输和散热面积[4]。

(2)加大线圈铜管的直径,降低损耗电阻,采用Q值高的电容。

(3)尽量减少网络通道的阻塞网络,甚至取消回馈信号不大的频率阻塞网络。

(4)在网络设计时,应想办法降低网络并臂的电流或串臂的电压。

(5)元件连线使用较粗的铜管或较宽铜带,接触紧密,增加接触面,尽量减少接触电阻。

(6)多个电感线圈在同一平面布局时,应分别布局成横、纵、竖的位置,同时应在高于水平金属板面10 cm以上的位置固定,以防止磁力线所产生的相互涡流,使线圈的损耗电阻加大。

(7)改善天调室通风环境尽量减少因冬夏季温差过大,而造成的天调网络工作的不稳定性。

4 结语

随着中波覆盖频率数的增加,双频共塔和三频共塔技术的大量应用,传统的中波天调网络设计方案已不能满足实际应用的需求,因此在天调网络设计中必须根据实际工作环境,综合统筹各方面的因素,在此基础上不断优化和改进设计方案,并在实际运行中评估、验证。在实际应用中,有时不得不牺牲某些局部设计要求,以确保网络系统整体运行的安全可靠。在中波天调网络的设计中,任何一种设计方案都不能做到尽善尽美,如何解决这些技术问题,正是为之探索和攻克的方向。