中波开源网络分析仪的改造及天调网络实验板的设计与实现

周伟

摘要：本文利用贴片元件体积小、制作成线路板方便携带的特性，使用KiCad软件设计原理图，制作印刷电路板并焊接贴片元件，完成模拟中波发射机机内网络、天调网络和天线的线路板。该试验板没有天调网络里高电压、大电流的网络元器件，使得天调网络小型化，只需改变跳线帽的连接即可模拟网络参数的调整，能在频率改频、调整天调网络等工作中提供帮助。通过对软件和硬件进行改造，将其转变为矢量网络分析仪，具有便携和直观的优点，且具备较强的抗干扰性能，能够在存在同频干扰的情况下完成网络调整与改造。

关键词：中波；网络分析仪；天调网络；设计

一、引言

网络技术和通信领域的发展在现代社会中扮演着重要的角色，使得人们在跨越时空的同时，能够互相交流和分享信息。然而，网络的优化和维护对于确保其稳定性和效率至关重要。本文旨在探讨网络分析仪的改造和网络试验板的设计，以提高网络调整和设计的能力。

二、网络分析仪的改造

本次改造的矢量网络分析仪参考了相关开源项目设计，并修改了部分电路。增加了电池管理电路并重新设计了PCB电路板。测量范围为10KHz-1.5GHz，利用si5351芯片的奇次谐波扩展支持到1.5GHz的测量频率。Si5351直接输出的50KHz-300MHz频段能提供优于70dB的动态性能，而扩展的三次谐波300M-900MHz频段和五次谐波900M-1.5G频段能提供优于60dB和40dB的动态性能。对于中波525KHz-1605KHz范围和发射机机内三次谐波小于6M已足够使用。

在使用过程中发现，在非发射台区内使用时仪器的精度和抗干扰性都很好。一旦在发射台区使用，抗干扰性能就不理想，仪器无法稳定工作。为了增强抗干扰能力，打算通过修改网络分析仪固件程序编码。经过半年的试验，抗干扰能力有所改善，但未达到预期效果。因此，考虑从网络分析仪的硬件方面下功夫，以增强抗干扰能力。

根据网络分析仪原理图，C39、C42、C48、C51、C57、C60是耦合电容。因此，考虑改变耦合电容的参数以达到衰减2MHz以上谐波干扰的目的。网络分析仪使用了3个SA612AD双平衡混频器，其中1、2脚是输入端，输入阻抗约为1.5KΩ。经过实验发现，使用Multisim仿真分析软件模拟在1.5KΩ负载下的100nF、200nF、500nF和0.1uF耦合信号大小变化情况，并没有明显变化。

在网络分析仪原理图中，3个SA612AD双平衡混频器的8脚Vcc供电滤波电路由100nF、100pF电容和4.7uH电感组成。经过分析，发现该滤波电路对中波频率的滤除不太干净。因此，使用Multisim仿真分析软件模拟了该滤波电路，在仿真中发现500KHz-3MHz频率范围内的干扰无法有效滤除。为了解决这个问题，设计了在该滤波电路中增加一个容量为10uF的滤波电容C3，这样就可以有效滤除500KHz-6MHz频率范围内的干扰。

做好以上准备后，开始改造网络分析仪。增加了TX头到U7（SA612AD）双平衡混频器1、2脚的线路板连线，并使用覆铜加固，以提高信号传输质量。还加强了3个SA612AD双平衡混频器和模拟电路的信号屏蔽，通过在8脚供电滤波电路的100nF电容上增加5-10uF电容来实现。

除此之外，还对C45、C46进行了处理，将其焊接在C46焊盘上，并在C46焊盘上焊接了5-10uF电容。同样的方式处理了U7（C36、C37）和U9（C54、C55）的滤波电容。此外，将R36、R39、R42、R44、R47、R48、R49拆卸，并通过打磨焊盘之间的绝缘层，并使用含銀焊锡加固，以增加横截面面积，然后将所有电阻重新焊接。

在通电测试中检查网络分析仪是否正常工作，并给3个SA612AD和模拟电路加装信号屏蔽装置。经过软件和硬件方面的改造，改进效果如图所示。重新校准后，在中波发射台区进行测试，抗干扰能力得到明显改善。

三、天调网络实验板的设计与实现

中波天调网络参数的调整能力是各个台站的技术短板，该项技能在频率改频和网络设计中非常重要。由于广播时间的限制，在调整网络参数时，RLC测试仪受到同频干扰的影响比较严重，调整过程繁琐且复杂，很少有机会锻炼调整天调网络参数的技术，同时调整网络参数的过程也非常耗时。经过多次试验和探究，发现使用贴片元件可以制作出体积小且工作稳定的天调网络。因此，使用KiCad软件设计了中波天调网络试验板，并成功制作出来，使用效果非常理想。现将元器件选择和中波天调网络试验板的原理图、PCB图分享给大家。

（一）元器件的选用

在前期试验中，先使用电感、电容和拨码开关模拟中波天调网络，效果比较理想。但是线路板体积较大，不便携且不美观。因此考虑使用0805贴片元件设计网络实验板，以达到便携、美观、通俗易懂、易操作的设计目标。

（二）元器件的使用

电容选用0805贴片高频电容，电阻选用0805贴片电阻，电感一定要选择0805高频绕线电感。经多次试验，发现双针插排比拨码开关更为方便、稳定。

每个可调电感都是由1uH、10uH、100uH三种电感（每种有9个）串联而成，可以实现1-999范围内的调整；每个可调电容都是由10pF、100pF、1000pF三种电容（每种有9个）并联而成，可以实现10-9990pF范围内的调整；每个可调电阻都是由1Ω、10Ω、100Ω三种电阻（每种有9个）串联而成，可以实现1—999Ω范围内的调整。

（三）中波天调网络试验板原理图设计

根据设计思路，使用KiCad软件绘制出电路板原理图，中波天调网络试验板原理图共分四个部分[1]：中波发射机机内Г形网络原理图、匹配网络原理图、吸收网络原理图、模拟发射天线原理图。

1.中波发射机机内Г形网络原理

J13为机内网络的输入端，经可调电感J6、J7、J8、J9、J10、J11到达J5-2输出端[2]；可调电感J21、J22、J23和可调电容J31、J32、J33组成三次谐波吸收；J1、J14、J15、J24为Г形网络的跳线连接；TP3、TP5为Г形网络的测试点；J5为输出到50Ω负载和下一个网络的跳线。

2.匹配网络原理

J37、J39为匹配网络输入端，J35、J36为匹配网络输出端[3]；可调电感J25、J26、J27或可调电容J40、J41、J42为匹配网络串臂；可调电感J45、J46、J47或可调电容J54、J55、J56为匹配网络并臂，J38、J34、J52为匹配网络并臂、串臂的容性、感性选择；J43用来选择Г型和倒Г型匹配网络，利用J63-1、J63-2脚跳线连接至J35的1-6脚可把Г型网络转变为Π型网络；TP6、TP7为匹配网络的测试点。

3.吸收网络原理

J44-1为吸收网络输入端；J48、J49、J50 为可调电感，J57、J58、J59为可调电容，J60、J61、J62为可调电感，J64、J65、J66为可调电容，它们组成串联混联吸收网络[4]；J51、J53、J63为组成串联混联吸收网络的跳线；TP8、TP9、TP10为吸收网络测试点；J44为吸收网络和其他网络之间的连接跳线。

4.模拟发射天线原理

J12为模拟发射天线输入端；可调电阻J2、J3、J4与可调电感J18、J19、J20和可调电容J28、J29、J30串联组成R+X的模拟天线[5]；J16为天线虚部，用来选择感性和容性；J17是模拟天线与其他网络连接接跳线。

（四）试验板的仿真与制作

（一）试验板的仿真

KiCad软件内包含一个3D查看器功能，可以使用它在交互式画布中检查设计缺陷。可以旋转和平移，弥补在2D视图上难以检查的细节。多种渲染选项可以修改电路板的美学外观，隐藏或者显示功能部件，以便于检查各条线路。电气规则检查会自动验证原理图连接，检查输出引脚冲突、驱动器丢失和引脚未连接等情况。制作完成原理图后，可以使用KiCad软件内置的3D查看器进行仿真，确认PCB板设计是否正确。PCB板尺寸为：30×13cm。

（二）试验板的制作

PCB板经过印刷后得到线路板，将购买的贴片电阻、电感、电容等元器件按照原理图焊接到位后完成网络试验板的制作。

（三）跳线帽和TP点用处

中波网络试验板中各种颜色的跳线帽和TP点有不同的用途：黄色跳线帽用于调整可调电容，需要将多个跳线帽并联以达到目标容值；蓝色跳线帽用于调整可调电感，因为电感是串联的，需要直接插入相应的阅读位置来选择合适的电感值，当不需要电感时，应插入0位置以保持电感串联；黑色跳线帽用于调整可调电阻，因为电阻也是串联的，需要直接插入相應的阅读位置来选择合适的阻值，当不需要电阻时，应插入0位置以保持电阻串联；红色跳线帽用于将单个网络组成并提供各个网络之间的连接；橙色TP点为测试点，绿色TP点为接地点。改造后的网络分析仪及天调网络实验板完成后的使用效果如图2所示。

五、结束语

通过对这套网络分析仪的改造和网络试验板的设计与实现，熟悉了KiCad软件的使用和在高频网络的选择和使用贴片元件的方法。对于机内网络、天调网络以及发射天线的调整也有了更深入地认识。所制作的网络试验板能够真实地模拟各种网络的参数特性，方便随时随地进行网络调整和设计。这对于维护人员在调试网络试验板时提高对中波天调网络的认识非常有帮助，还可以锻炼他们在天调网络调整方面的技术能力，从而有效保障安全播出。改造后的矢量网络分析仪具备很强的抗干扰性能，适用于网络的调整和改造。它方便了技术维护人员学习和理解天调网络调整的过程，促进了他们在中波天调网络调整方面的技术进步。同时，在实际维护工作中发挥了重要作用，也节省了维护经费。

参考文献

[1]赵端荣.10KW数字调幅中波广播发射机维修实用技术[M].长春：东北师范大学出版社，2010，92-105.

[2]段军宏.现代广播发射技术基础与实践研究[M].吉林：吉林大学出版社，2017，68-70，176-182.

[3]应毓海.中、短波调幅广播发射实用教程[M].合肥：合肥工业大学出版社，2013，149-189.

[4]陈晓卫.全固态中波广播发射机使用与维护[M].北京：中国广播电视出版社，2002，100-113.

[5]刘洪才.广播发射与卫星传输理论基础[M].北京：中国广播电视出版社，2002，99-105.