大同中波台三频共塔网络的设计与应用

冯学精

(山西大同中波转播台，山西大同037010)

随着我国的经济发展，人们对文化事业的需求也在不断的增长，个性化、分众化的特点更加突出，体现在广播这一传统媒体上就是节目越来越多，每套节目针对不同的受众。可是广播节目的发射是一个系统性的工程，以中波广播发射为例，天线场区占地面积大，少者几十亩多者上百亩，以过去的发射方式一套节目即一个发射频率对应一座发射天线，随着发射节目数量的增加，必然要增加占地面积，这在当今寸土寸金的现实面前显然行不通，只能独辟蹊径，只能从技术上寻找突破。采用多频共塔是最佳的方案，既节约土地成本也节约建设成本，在不增加发射天线的情况下，仅仅对发射网络进行调整就可以实现增加播出节目的目的。

1 三频共塔的电原理

中波广播三频共塔即三套节目(三个发射频率)共用一副天线(一座发射塔)[1]。

在单频单塔发射中，在天线和发射机的输出馈线之间只有一个匹配网络－－实现馈线即发射机和天线的阻抗匹配，设计和调试都比较简单。而在多频共塔的时候，如大同中波台的三频共塔中，其中任意一个发射频率不仅要与发射天线实现良好匹配，而且还要在发射机的匹配网络和天线之间增加两个分别能阻止另两套节目电波的阻塞电路，这种能对本发射频率实现匹配又能对共塔的其他发射频率起阻塞作用的网络称为匹配阻塞网络。这样的网络设计和调试就复杂的多了，设计和调试的关键在于：既要三个发射频率的发射机与整个天馈线系统均能达到良好阻抗匹配，同时也要使各阻塞电路的损耗最小。

在多频共塔中还要特别注意的一个问题是共塔的几个频率的选择有一定的要求，各频率要彼此尽量相隔远一些，因为我国中波发射频率的带宽为10 KHz，为了适配和阻塞便于实现，各频率的间隔最好大于十几倍带宽即100 KHz～150 KHz以上。各发射频率都在其他共塔频率保护带宽以外。某阻塞频率阻抗特性与带宽关系如图1。

图1 阻塞频率特性阻抗

大同中波台共塔的三个频率分别为f1＝819 KHz；f2＝1035 KHz；f3＝1503 KHz。 三部发射机通过各自的馈线接至各自的匹配阻塞网络，使得在任意一个发射机工作频率内馈线与天线阻抗匹配；同时任一网络的输出端对另外两部发射机呈现极高的阻抗，能够阻塞另两部发射机的串扰。忽略网络损耗，等效电路如图2。

图2 三频共塔网络原理框图

由上面的电原理可以知道，如果设计调试合理实现后，共塔的三个频率的发射机同时运行或一机运行，对任一发射机工作状态都没有影响。

2 匹配、阻塞网络的设计[2]

2.1 已知的和通过电测获得的相关数据

共塔的三个频率和发射功率分别是：

f 1=819 KHz；f 2=1035 KHz；f 3=1503 KHz；P 1=P 2=P 3=10 KW。

三部发射机的输出馈线特性阻抗均为50 Ω。

共用的发射塔为高108 m、边宽1 m的单桅杆拉线塔，通过网络分析仪电测获得的各个发射频率的输入阻抗分别为：

f 1：Za1=127+j 196(Ω)；f 2：Za2=605+j 244(Ω)；f 3：Za3=83+j 191(Ω)。

2.2 阻塞网络的设计[3]

阻塞网络采用LC并联谐振电路，根据有关资料和实验经验表明，若阻塞阻抗对所阻塞的频率呈现10 KΩ以上，对其边带呈现的阻抗在5 KΩ以上，就不会出现交叉调制和特性变坏等问题。

设定各阻塞电路的XL=XC=200 Ω，根据L=XL/2πf，C=1/2 πfXc，可以计算出对各频率谐振的阻塞电路的电容和电感值分别为：

f 1：L1=25.2 μH，C1=1500 pF；

f 2：L2=15.78 μH，C2=1500 pF；

f 3：L3=11.22 μH，C3=1000 pF。

2.3 各频率匹配网络的设计[4]

天线匹配网络是将天线阻抗经网络转换成为与馈线特性阻抗相同的阻抗，从而达到匹配。三频共塔时，由于各发射频率的匹配网络与天线之间增加了另两个频率的阻塞电路，因此每个频率匹配网络所要匹配的对象是包括另两个阻塞电路在内的天线阻抗。任意一个发射频率包括通道内阻塞电路在内的天线输入阻抗的计算方法如下。

如果设阻塞电路的谐振频率为：

则对通过频率的电抗为：

x＝ωθ·Lα。

其中，α＝t（1－t2)，t＝f/f0。

根据上式可以对某个频率谐振的每个阻塞电路，对通过的非谐振的频率呈现的电抗值X。整个三频共塔匹配阻塞电路图如图3，各节点对各频率呈现的阻抗值如表1。

2.4 匹配阻塞网络元件规格的选择

由已知条件可以计算出工作于f1，f2和f3的天线电流和天线底部电压。

I1=9.3A，I2=4.2A，I3=14.4A；

E1=1075V，E2=2381V，E3=694V。

阻塞电路元件规格的选择决定于流过阻塞元件的电流和加在元件两端的电压，其值由三部分叠加而成。一部分是工作频率产生的，另两部分是两个阻塞电压产生的。考虑到匹配阻塞网络的损耗，把发射功率看做是额定功率的1.1倍，又100%调制时功率为它的1.5倍，电压为2倍，所以在决定各元件的额定值时还需乘以系数，电流系数为1.3，电压系数为3。经过计算的各电容和电感元件规格如表 2 和表 3[5－6]。

按照上述设计，经过实际安装调试后，网络正常，各频率发射机运行稳定，三频共塔成功。

图3 三频共塔匹配和阻塞网络电路图

表1 三频共塔网络各节点阻抗值

表2 大同中波台10 KW三频共塔网络电容器参数及选取

表3 大同中波台10 KW三频共塔网络电感器参数及选取

[1]国家广播电影电视总局.210中短波调幅广播质量开路监测技术规程[S].2005.

[2]李为丰，范荣美，李琚门.建设完善的中波同步广播网[J].广播与电视技术，2002(9)：108－108.

[3]何大中.系统与覆盖网 [M].北京：国防工业出版社，1990：5.

[4]曹志刚，钱亚生.现代通讯原理[M].北京：清华大学出版社，1992.

[5]中华人民共和国电子工业部标准.SJ2307.1-83，MYL1型防雷用氧化锌压敏电阻器[S].北京：中国标准出版社，1982.

[6]GY/T82-1989，中、短波广播场强测量方法[S].北京：中国标准出版社，1989.