新型中波天馈线调配网络技术特点分析与应用实践

摘要：传统的中波天馈线调配网络普遍采用匹配、阻塞和吸收单元组合形式，但存在使用的元件多、调配网络体积庞大、调试困难且造价费用高的缺陷。近几年，部分中波台发射台尝试使用新型天馈线调配网络，以弥补传统调配网络的缺陷。基于此，本文分析论证了新型调配网络的技术特点，并探讨了新型调配网络的设计、安装、调试等应用实践问题。

关键词：天馈线系统；调配网络；技术特点；应用实践

一、引言

传统的中波天馈线阻抗匹配网络有“T”型、“π”型和“Γ”型三种形式，但无论哪种形式，在使用过程中都有很大的限制性。随着城市的扩建、土地资源紧张、发射频率的增加以及功率扩容，传统的天调网络的设计和调整难度逐渐增大，不仅天线占地面积需要减小，天线高度被迫降低，而且还要保证中波天线在性能和参数方面不能降低。

因此，对于中波频段在531kHz～800kHz以内的中波频率而言，传统方式的“T”型、“π”型和“Γ”型匹配网络的带宽太窄，既达不到广电行业细则规定的VSWR≤1.2时，带宽应大于9kHz的技术指标要求，也无法达到未来数字广播发展的技术要求，即VSWR≤1.2时，带宽大于20kHz。因此，当前急需研制一种新的天线网络，以适应天线高度降低的情况，并满足未来数字广播发展的需要。目前，在中波天馈线系统成功应用的新型调配网络有多级带通滤波调配网络和双调谐调配网络[1]。

二、多级调谐带通滤波调配网络

（一）电路组成与工作原理

图1左、右分别是多级调谐带通滤波调配网络工作原理图和装配图。图中1为发射天线，电感线圈2串联在天线下端，可以抵消一部分天线阻抗的虚部。线圈2与线圈3相连接，线圈3的另一端接地线11；在线圈2和地线11之间并联安装线圈3，其作用是提升天线阻抗的实部，同时还具有防雷作用。线圈3和线圈2的公共端和电容4的一个极相连接，电容4的另一个极和线圈5相连接，电容4起到防雷作用，同时与线圈5串联后可以起到调节天线Q值的作用，将Q值控制在1～4之内[2]。

电感线圈3、5、6和电容4组成初级谐振回路；线圈6的一个抽头经电容7与线圈8的一个抽头相连；线圈8、电容9组成并联谐振回路，谐振频率为发射频率，实现天线与馈线的最终匹配，并提高网络带宽和滤波效果。而电感线圈6和8的下端都接地，提高了整个调配网络的防雷性能。线圈8的一个调节抽头为整个调配网络的输入点，也就是传输馈线的输入端口10。线圈6和线圈8近距离面对面安装，两个线圈的磁通量最大，可以最大程度地提高调配网络的传输效率。

（二）技术特点

与传统调配网络相比，多级调谐带通滤波调配网络具有以下优点：

①电路结构简单，制造成本低廉，电路的防雷效果更好；

②通过初级调谐、次级调谐，对载波频率进行了极佳地匹配；

③抑制了变频的干扰，与传统网络相比，该网络更稳定且带宽更宽，在VSWR≤1.2的条件下，网络的匹配带宽比传统网络的匹配带宽大20kHz；

④当天线参数因外界环境发生改变时，由于网络的匹配带宽很宽，所以不会影响发射机正常工作；

⑤由于整个电路的滤波效果好，如果在电台上还有其他的工作频率，本电路不需要增加吸收网络或阻塞网络用于消除各频率之间的干扰；

⑥采用两个线圈面对面的安装形式，提高了整个发射系统的安装效率；

⑦这两个线圈的调节端在同一个平面内，调节方便且线性度好，电路的实部、虚部独立可调互不影响，方便了技术人员进行检测和维护[3]。

（三）设计、安装与调试

多级调谐带通滤波调配网络不仅可以完全替代传统调配网络，而且可以与传统调配网络混合使用。调配网络的设计、安装与调试工作一般由发射天线厂家或发射机厂家专业技术人员完成，或者由发射台技术人员依照已有的调配网络原理图进行设计、安装与调试。

1.匹配网络计算方法

天线调配网络主要由电感、电容及固定件组成，电感、电容在工作过程中会产生电感抗和容抗。

根据网络的设计形式，首先计算出电容和电感的数值，然后再选择符合网络性能要求的电感和电容器件[4]。

电容的容抗计算公式为：

电感的感抗计算公式为：

2.安装与调试

以上是调配网络各元件理论计算值，装配时可以先按照计算结果选取元件，再进行组装。在实际应用中，不一定都能够达到预期效果，也就是说并不一定能完全匹配，原因有两点：一是调配网络有无法预料的分布电容和连接件的电感存在；二是有电感和电容的测量误差存在，因此还需要进一步调整，以尽量达到或接近预期结果。

中波天馈线调配网络通常使用中波电桥测试法，该方法是网络分析仪搭配中波专业测量设备的一种形式。在测试调配网络时，通过断开调配网络与馈线的连接件，连接好中波专用电桥，调整匹配网络的实部和虚部，使其等于或接近馈线的特性阻抗W（馈线阻抗一般是50Ω，也有80Ω和150Ω）。虽然该方法快捷准确，但由于发射台周边的电磁环境越来越差且电磁干扰十分严重，因此网络分析仪可能有误差，甚至无法进行测量，有时还有损坏仪器的危险，这一点需要特别注意。[5]

3.注意事项

为了确保调配网络长时间安全可靠工作，调配网络一定要有足够的冗余量，以确保发射机在满功率90%调幅度的情况下连续工作不出问题，并且持续工作时调配网络温升不大于常温15℃。为了提高元件的耐压、耐流能力，可以选用大功率的电感（线圈铜管直径越大越好）；电容可以采用串并联组合形式；调配网络应设计有接地防雷电感、磁环防护和电容隔离防雷等多重防雷措施；调配网络元件之间应有牢靠的电气接触，以避免出现接触不良而产生热损耗和打火问题。

三、双调谐调配网络

（一）电路组成与工作原理

双调谐调配网络的原理图如图2左所示，实际装配图如图2右所示。

原理图中C1、L1组成输入端并联谐振电路，谐振在主工作频率上，调整中心探头位置可以实现谐振网络与发射机馈源阻抗的匹配。C2、L2组成输出端并联谐振电路，同样谐振在主工作频率上，调整中心探头位置可以实现匹配网络与天线输入阻抗的匹配。图中1和3、2和4为同相位；M为初级、次级调谐线圈的间距。间距对整个网络的影响很大，在不影响调整的情况下，间距越小，传输特性越好。

新型双调谐网络利用的是简谐振动原理。简谐振动指的是两个靠近点的物体振动时相互影响，如果两个物体的固有谐振频率接近或相同，那么这两个物体就有可能会发生共振；当两个物体谐振时，相互之间就会相互传递能量，距离越近，能量传输则越大。通过利用简谐振动原理，双调谐网络的初级和次级线圈可以实现高品质因数和高频率地振荡[3]。

（二）技术特点

双调谐网络具有耦合度高、使用元件少、发热量和损耗小、输出线性好、带宽特性好、滤波效果好、易于安装调试和防雷性能好等特点，可能是今后调配网络发展的方向。

（三）设计、安装与调试

1.元件的选择

设计、安装与调试以某中波发射台531kHz和756kHz双频共塔（120桅杆式拉线天线）为例。

首先，根据发射频率、功率、馈线阻抗、天线阻抗等参数计算出网络元件的大小。以531kHz和756kHz为例，根据计算得出531kHz和756kHz两个双调谐网络电感、电容数值如下：531kHz调谐网络中电感和电容分别为44.9μH和2000pF；756kHz调谐网络中电感和电容分别为29.57μH和1500pF。

为了增加调配网络的冗余量，在条件允许的情况下，尽量选择耐压高的电容和体积大的电感，电容宜选用耐压20kV以上、功率90kVA以上的桶型电容或瓷质电容；电感宜选用50A、35μH以上的大型线圈[7]。

2.安装调试

为了完全实现调谐网络的同步，首先，按照设计方案计算出电感、电容的大小。需要注意的是，网络元件参数计算不仅需要能谐振，还需要根据馈线、天线的阻抗特性选择更合适的感抗元件。阻抗不是一个简单的固定值，有实部也有虚部，需要考虑感性和容性的匹配，数值不同的电容和电感都可能谐振到一个频率上，但谐振网络特性有可能偏向于感性，也有可能偏向于容性。对于网络的要求是有条件的，需要消除感性的网络就不能呈现太多的感性，而应该多一些容性。因此，在双调谐网络调整时，应该根据需要来确定感性和容性值。

在安装调整时，第一步进行谐振同步调整。如果电容的大小无法完全满足网络需要，可以采用多个电容串或并联得到，接着再调整电感。在调整电感时，可以在调谐网络中接入中波专用电桥，调整线圈中心抽头位置，找到最佳谐振点。如果是串联谐振，中波电桥谐振阻抗接近于零；如果是并联谐振，谐振阻抗接近于无穷大。

值得注意的是，两个线圈的距离（M）不能太远或太近。如果太远，谐振效果变差；如果太近，则可能产生打火问题。通过反复试验发现，当M间距为3cm时，谐振效果最佳。图3上半部分为双调谐网络两个线圈在3cm间距下的测试结果；下半部分为双调谐网络两个线圈在5mm间距下的测试结果[8]。

3.注意事项

当双调谐网络工作时，有一定的轻微振动，因此网络元件应当安装牢靠，以确保各连接点长期工作不会松动。在空间允许的情况下，电感开口端最好不安装元件，比较靠近的两个电感最好采用相互垂直的方式安装；连接铜皮不要太长，并且铜皮最好管理电感和电容；固定螺丝需要足够牢靠，避免因长时间工作发热而出现接触不良和打火故障。

四、结束语

随着科技进步，传统媒体的中波广播也应当顺应时代的发展，结合实际、超前谋划、攻坚克难、创新发展，不断探索开辟发展新领域、新赛道，全面塑造无线覆盖事业发展新优势。

作者单位：罗宇 广东省和平中波转播台

参考文献

[1]潘胜伟，陈峰，马文健，等.中波天线匹配网络宽带化探讨[J].广播与电视技术，2013，40（12）：102-104.

[2]杜世清.数字化中波广播三频共塔天调匹配网络的带宽展宽与抗干扰的设计[J].内蒙古广播与电视技术，2008（4）：58-59.

[3]袁建余.全固态中波发射机天调预调网络的设计[J].电声技术，2001（8）：46-47.

[4]卢光辉，羊胜利，郭炜.多频率强磁场环境下中波天线网络设计与实践[J].广播与电视技术，2012，39（12）：92-94.

[5]蔡建华.中波天线调配网络设计的分析[J].广播与电视技术，2014，41（1）：107-109.

[6]刘海章.大功率中波广播发射双频共塔技术的应用实践[J].四川广播电视台520发射传输台，2016，1（2）：224-227.

[7]满都呼.天调网络设计原理和计算方式[J].内蒙古新闻出版广电局610台，2016.

[8]林伟.中波复杂天线阵的网络设计和实践[J].福建省广播电视传输发射中心103台，2016（11）：90-91.