基于中波塔大修代播共塔网络的构建

王贵金 扬州广电总台传输控制中心中波发射部



基于中波塔大修代播共塔网络的构建

王贵金 扬州广电总台传输控制中心中波发射部

【摘 要】本文介绍了扬州中波台120米铁塔大修期间，带播共塔网络的构建及方案论证、设计及共塔网络的安装调试及检测。

【关键词】天线网络 共塔 设计 干扰 匹配 调试

一、前言

扬州中波台801KHz和1179KHz两套广播频率共塔使用120米拉线铁塔播出，至今已有二十六年。去年经专业机构检测后发现有拉线断线，检测报告提出发射塔必须尽快进行大修。考虑到节目播出不允许长时间停播，如果该塔进行大修需要停用10天左右，原有的节目播出只有采用与其它的单频塔实施共塔临时代播，同时日常安播要求临时共塔网络的建设与使用，必须保证不影响原塔正常频率的播出，临时共塔网络的搭建要面临现场测量安装调试不能影响安播的诸多限制因素和困难。

二、建设共塔网络播出技术可行性论证

中波频段526.5～1606.5kHz，其波长为575M-187M，传统的中波天线是根据赫兹定理的半波长理论来设计的，发射天线振子大多采用76米、90米、120米等具有一定高度的铁塔。为满足发射机输出频率和阻抗匹配的要求，必须在天线下建匹配网络。匹配网络主要起保证阻抗匹配的作用，还有抑制邻频干扰，防范雷击的作用。由于中波天线阻抗是工作频率的函数，不同频率的天线阻抗不同，天线阻抗、调配元器件的阻抗总是随着频率而变化。中波天线阻抗的高低端变化很大，即使是同一频率，载频和边频的天线阻抗也不同，这样对同一付天线塔上不同的频率，呈现的天线阻抗不同，其匹配网络也不一样，因此同一付天线塔多频共塔是可性的。同一付天线塔最多可以几个频率共塔，理论上中波工作频段在526.5～1606.5kHz范围内，按照带宽9kHz，共可以有120个频率。而实际应用必须考虑设计网络电路技术实施的可行性，现场安装及调试能否实现等众多因素，因此多频共塔是受限的。在中波120个工作频段，如果按照多频共塔在技术上对频率间隔的要求，从频率之比的标准选择，在同一付天线塔最多可实现5-6个频率共塔。当然设计的网络要考虑多个发射频率的串扰问题，并塔频率过多匹配网络的设计、安装及调试都比较困难，实际多采用2-3个频率共塔。对两频并塔，根据以往双频并塔的经验要求两个频率之比大于1.25比较好。

三、扬州中波台临时共塔建设方案

1、共塔网络建设的原则

天线网络的主要功能是实现发射机输出与天线阻抗的最佳匹配，使发射机的高频输出功率最大化地转变为无线电磁波传播出去，天线网络还应具有防雷击，抗干扰的特点。如果是共塔网络，多频共塔应用设计必须考虑网络电路实施的技术可行性，搭建网络电路能够提供的常规元器件种类，便于安装调试及网络运行稳定性等因素。通常在每个频率支路必须要有并联阻塞共塔频率的网络，避免共塔频率之间互相干扰；另外多频率天线场天线网络还要考虑其它发射频率的干扰影响以及最终的阻抗匹配形式，需根据最终呈现的阻抗参数选择不同匹配形式。扬州台临时共塔网络电路的设计，兼顾两个频率搭配的合理间隔，分析了在原有的单频网上开发 设计共塔电路的可行性。基本原则是尽量减少改动原有网络，选用常规元器件，避免采用特殊规格元器件，如特大电感、电容或特小电感、电容，有利于实际工程的施工建设，便于安装调试。

2、扬州台共塔频率选择及共塔网络建设要求

扬州台共有四付发射塔，有两个频率是单频单塔播出。新建临时共塔时在现有的单频播出的发射塔各增加一个频率播出，扬州台实施共塔的是1314 KHz和603 KHz 的两个单频网络。要求新共塔网络尽量在现有单频网络电路基础上设计添加共塔网络电路，保证搭建共塔网络不影响原有频率的正常播出。

天线共塔匹配的搭建，由于其复杂性，一副网络从测试、设计到安装调试成功，需要一定时间的停播进行安装调试，而共塔网络的所有安装调试只能利用每周二两小时的停机检修时间，尽管搭建的临时共塔网络短期使用，但从安全播出出发，它的设计安装与调试都必须按照网络建设的标准实施，网络技术参数符合要求，保证代播使用期间工作的稳定可靠。

图1　扬州中波天线塔分布示意图

对于两频共塔的频率搭配选择，扬州台现有6个频率点（603 KHz、801 KHz、981 KHz、1179 KHz、1314 KHz、1521 KHz），4付天线，功率从1KW到10KW不等，各频率点之间相隔近200KHz。扬州中波天线塔分布示意图如图1所示。

天线场全部在机房北部，由西向东依次为西北为1314单频（A）塔76米，正北靠近机房981与1521双频76米（B）塔，正北远离机房1179与801双频共120米（C）塔，东北方向为603 KHz单频（D）塔76米，其中120米（C）塔与603 KHz的76米（D）塔相距较近约为80米左右，其它塔之间在150米以上。扬州台的临时网络改造就是要将120米（C）塔播出的1179 KHz与801 KHz停用分别共塔在其它塔上播出。根据以往双频共塔的经验要求两个频率之比大于1.25，从这点出发选择，（B）中塔已有981 KHz与1521 KHz共塔，再共塔网络更复杂；对共塔两频的选择，如果选用1314 KHz与1179 KHz，801 KHz与603 KHz共塔，其中 1314 KHz与1179 KHz的共塔频率比只有1.15，只有采用801 KHz与1314 KHz，1179 KHz与603 KHz共塔比较好，它们高与低的频率比均大于1.25，满足以往的设计经验共塔可行性的要求。

3、801 KHz与1314 KHz单频网络共塔电路方案

A塔原1314 KHz与981 KHz调配网络电路图见图2。现有的1314 KHz匹配网络电路中已有1314 KHz网络是与981 KHz两频共塔电路，但仅有1314 KHz频率用，该网络设计采用了阻塞网络抗干扰，接地电感防雷击，阻抗转换匹配等实用电路，网络前端有801 KHz的并联阻塞网络，后端有1314 KHz阻塞网络，如果采用801 KHz 与1314 KHz共塔使用方法，共塔网络电路设计将会非常方便。一是改造原981KHz网络，可将原981 KHz网络支路的1314 KHz的阻塞网络在801 KHz并联阻塞网络前端并接，支路后端拆除，重新设计其它防高频串扰的阻塞网络及网络变换匹配电路，这样801KHz共塔网络支路的加入对原有1314 KHz网络支路没有影响；二是在801KHz阻塞网络后完全断开但不拆除原有981 KHz 的共塔网络，重新设计801KHz的临时共塔网络，待大塔维修结束后将801 KHz临时网络拆除即可恢复981 KHz 的共塔网络使用，从技术上讲电路设计也可行，主要是调配房空间有无位置安放，调试是否方便，经过现场查看权衡分析比较，选择断开981 KHz支路网络器件，搭建临时平台设计新建801 KHz临时共塔网络的方案。

图2　A塔原1314KHz与981KHz调配网络电路图

图3　603KHz单频网络电路

4、1179 KHz与603 KHz单频网络共塔电路方案

现有603 KHz单频网络电路见图3。网络电路仅在前端有一1053 KHz的并联阻塞网络，没有1179 KHz的阻塞网络，后端有801 KHz的阻塞网络。而在现有天线发射场并没有1053 KHz的播出频率，当初603KHz网络电路设计采用1053 KHz阻塞网络是抑制801 KHz、981 KHz和1179 KHz多频干扰变通应用的结果。603KHz在扬州中波台所有发射频率中属于频率最低的，在其邻频高端依次有801 KHz、981 KHz和1179 KHz，其中发射功率801 KHz为3KW， 981 KHz和1179 KHz 均为10KW，801 KHz和1179 KHz共塔与603 KHz塔相距近不足100米，981 KHz塔与603 KHz塔相距有200米；在603KHz网络电路设计自然要考虑这几个频率的干扰，通常在电路设计中采用串联阻塞网络或并联吸收网络的形式，但这几个阻塞网络对603 KHz频率呈现的都是参数值较大的感性阻抗，而603KHz天线阻抗实部小于50欧，如果虚部太大，很难实现末端电路匹配50欧，需串联电容抵消感性阻抗调整虚部的适当值，但串联电容就破坏了电感接地防雷的直流通道，不利于网络的抗雷击。经过试验选择981 KHz和1179 KHz的中间频率1053 KHz阻塞网络，再配合电感L3，L2调整使末端电路匹配为50欧，末端又采用复合并联网络消除801的干扰，从而建立了603KHz网络，使用至今一直稳定可靠。

现选择1179 KHz与603 KHz共塔，双频共塔，要考虑邻频干扰的问题。因原603 KH网络没有对1179 KHz的阻塞网络，必须对原有的网络电路进行改造重新设计，进行简单改动，可将1053 KHz改为 1179 KHz的阻塞网络，再调整电感L3参数，保证虚部与原来大致一致，最终通过微调L2，L3使末端电路匹配依然为50欧，后续电路可以不变动，这样使共塔的1179 KHz网络支路不会影响原有的603 KHz网络支路。电路设计为前段由603 KHz阻塞与1179 KHz阻塞网络并联，后续再依据邻频干扰程度及阻抗参数选择使用适当的阻塞网络和匹配形式，进而实现1179 KHz与603 KHz共塔网络的改造搭建。

四、最终共塔网络设计电路方案

1、共塔网络的阻抗参数

利用周二下午停机检修时段，分别测试1179 KHz、801 KHz在共塔天线的阻抗参数，测试数据除了载频还应有边频阻抗，现场测试载频数据如下：

盆腔炎性疾病为临床妇科中一种比较常见的疾病类型，主要包含盆腔腹膜炎、输卵管炎、子宫内膜炎及输卵管卵巢脓肿等，其中，最为常见的是输卵管卵巢炎与输卵管炎。对于盆腔炎性疾病后遗症，其乃是盆腔炎性疾病的一种典型遗留病变，在临床中又被称之为慢性盆腔炎，主要临床表现为盆腔黏连、腰骶酸痛、慢性盆腔痛及白带异常等，因而会引起不孕、异位妊娠、月经不调及慢性盆腔痛等，对妇女生活、工作造成严重影响[1]。现将我院采用中药治疗取得的较好治疗效果总结如下。

1314KHz 350+j265 801 KHz 30.8-j27.6

1179 KHz 160+j194.8 603 KHz 21.8-j143.7

图4　A塔1314KHz与801KHz调配网络电路图

2、设计电路方案分析

设计电路方案必须考虑多频率天线场发射塔位置及各频率发射功率大小，考虑雷击、匹配形式、网络带宽及器件的选用方便。由于扬州台正常有6个频率同时播出，981 KHz，1179 KHz功率最大都是10KW，天线之间相距也比较相近，大多相距在100-200米，最近的两塔不足100米，因为天线之间相距近，天线间邻频倒送感应电压很大，在设计的网络电路中可以采用串联抑制阻塞网络或并联吸收网络。对于防雷采用在天线底部电路接微亨级的电感入地，电路中串接隔直流电容以消除吸收雷击影响，同时满足一定的通频带带宽。603kHz频率在中波频段上属于低频端，使用76米拉线塔，存在天线阻抗实部小，虚部边带变化大，网络带宽窄，更易出现边带反射的现象。对这种反射必须控制在合理的范围内，否则在实际使用中会因网络阻抗变化大，出现机器反射功率变大的保护现象。我们讨论设计了多种方案，根据以往的经验及现场试验，最终选择满足上述要求的网络电路方案，如图4、图5所示。

在图4调配网络电路中，1314 KHz为原有电路，L2为防雷接地电感，采用801KHz并联阻塞，通过L7调整实部为50欧，虚部调整C9容量；在添加共塔的801 KHz电路中，C10防雷隔离和抵消1314KHz阻塞网络的部分感性虚部，再配合L11调整匹配为50欧，考虑到801KHz的邻频是981KHz，603KHz，当采用串联981KHz，603KHz 的阻塞网络后，1179KHz的干扰也将得到抑制，可以不添加1179KHz 的阻塞网络，最后可通过调整C14容量改变801 KHz阻抗网络的虚部。

在图5网络电路设计中，对于603KHz的电路通道，因603KHz在低频端，只有高频率干扰，最近邻频为801KHz，现603KHz与1179KHz共塔，在603KHz电路通道中必须有1179KHz和801KHz 的阻塞网络，其它的频率干扰可以不考虑，网络电路设计可以将原有的阻塞网络1053 KHz改为 1179 KHz，通过调整L0改变虚部，再微调L2保持匹配为50欧。801KHz的阻塞网络呈现感性，可与C3配合改变虚部。在1179KHz电路通道中，因1179KHz是大功率，比它高的邻频是1314KHz和1521KHz都为小功率，且发射塔离得又远，可以不考虑它们的干扰影响，比它低的邻频801KHz和981KHz都是大功率，603KHz又是共塔频率，必须防范干扰，如果采用阻塞网络需三个，这样网络电路复杂，为了电路简洁801KHz可以不用，共塔网络使用时801KHz将移到1314KHz塔距离变远，因而1179KHz电路通道仅用603KHz和981KHz的阻塞网络，再通过L6调整匹配为50欧，并与C6配合改变虚部，完成网络电路设计。

图5　A塔603KHz与1179KHz共塔网络电路图

五、共塔网络的安装调试及检测

1、共塔网络的现场调试安装

根据设计的网络电路参数要求，在调配房用环氧板建安装平台，选择实际参数最接近电路需要的各类器件进行组装。现场网络器件安装完全按照技术规范要求保持适度的分布空间，连线尽可能直来直去，接地线尽可能短而宽，线圈与线圈之间相互垂直，以减少互感。

网络调试就是实现理论与实际工程数据的一致，通过选用不同参数器件的搭配组合，达到预期的效果。调试顺序上，先调各支路，再调阻塞网络，最后联调。在实际工作中由于网络元器件参数的变化，分布互感的影响，测试方法以及仪器的精度，导致理论与实际数据的差别很大，设置无法实现匹配。我们在网络调试中也遇到许多意想不到的测试结果，有时同一整体的一段铜皮，测试夹位置不同，测试数据天壤之别，这类现象都是高频网络分布参数的影响所致，需要不断分析，找出原因进行调整，最终达到网络实际测试阻抗参数与理论数据大体一致。

2、同频网络的串扰处理

在临时网络共塔带机调试阶段，出现了同频网络的串扰影响，有的串扰反射还比较大。801 KHz与1179 KHz除了自身的120米塔共塔，还新建了两个临时共塔网络，只要临时网络并机调试完工试用，就存在同频干扰的问题。同频网络各对自身频率无阻塞，高频干扰强，若连接发射机将导致指示表打表超限，试机可断开与发射机连接。在对临时网络的并机试用中，发现一些新干扰问题，120米塔801 KHz与1179 KHz两个频率全部停用使用两个临时网络正常，如果120米塔801 KHz与1179 KHz开机运行，临时共塔的原有603 KHz，1314 KHz网络就出现同频干扰，断开同频共塔临时网络一切正常。干扰严重的是603 KHz频率，它的发射塔与120米塔相近，自身发射功率仅是1KW，通过发射机末节槽路调整改变效果不大。主要原因，一是两塔比较靠近，1179 KHz功率大，同频干扰大，二是603 KHz由单频改双频网络，存在引发原有网络阻抗变化的问题，后采取在603 KHz原有网络入端加对应吸收回路，再微调网络，消除了干扰影响。

3、共塔网络技术指标

临时网络搭建结束后，为了检验临时网络的使用性能，决定对临时网络并机带载试用。将临时网络接入发射机逐步加大到额定功率，经过一段时间运行观察后，再测试网络技术指标，连接发射机，不加任何预加重网络，按照发射机技术指标标准进行测试，经测试主备发射机的技术指标如下表所示。

六、结束语

扬州中波台经过方案论证、设计、安装调试，在项目施工前完成了共塔代播搭建工作，在整个项目十多天的施工期间使用两付临时共塔网络播出，期间还经受了连续几日的雨天雷击考验，共塔运行效果稳定可靠，临时共塔网络为顺利完成中波120米天线塔大修改造工程打下了坚实的基础。