中波调幅广播发射机天线匹配网络的调试方法初探

何 伟

（甘肃省广电局无线传输中心天祝广播台，甘肃 武威 733000）

在中波广播发射设备中发射天线是必不可少的重要设备，随着技术的进步中波广播发射机发射天线的高度在不断降低，从76M再到48M，甚至更低。天线的降低节约了搭建天线的钢材损耗，降低了施工成本和施工难度，减小了风险系数，提高了稳定可靠性。可是由于天线的降低天线的阻抗变化也是很巨大的，使得天线的虚实比变得很大，这对阻抗匹配网络提出了更高的要求，传统使用的L型T型以及П型等网络已经不能适应新型天线的要求，尤其是带宽指标的要求，传统匹配网络可以说几乎难以满足。所以必须要有新型的匹配网络与之配合，才能完美的解决问题。这种匹配网络就是具有双调谐回路的耦合匹配网路。这种网络比起传统网络，结构复杂，因具有双调谐回路，在完美增加了带宽问题的同时也增加了调试的难度。本文结合某一实用匹配网络，在分析该网络工作原理的基础上，总结性的提出一些调试原则和调试步骤以供读者参考。

1 拓展带宽的原理

如图1所示为一3KW中波调幅发射机使用的由747KHz和1098KHz双频共塔的天线匹配网络图，图中1098KHz所使用的就是一个典型的T型网络，在此再不做讨论，本文重点讲述747KHz频率所使用的这一网络，该网络简称耦合匹配网络。从结构上分该网络可以被分为3大部分，一是阻塞网络，主要由L5和C5组成，阻塞网络是在双频共塔的网络中必须存在的，L5和C5并联谐振，谐振频率为共塔时的另外一个频率，本网络中即为1098KHz,由于L5和C5并联谐振使得在1098KHz频率下阻抗非常大接近无穷大，所以1098KHz的信号不会通过后面的电路馈送到747Kz的发射机，而是通过天线发送出去。同时该阻塞网络通过串联电容C4的作用在频率747KHz下，阻抗又非常低相当于短路，所以可以使747KHz的信号无障碍的通过。二是耦合网络，即由电路中 L1、L2、C1、CM 组成，在调试网络时关键就是对该网络参数进行调节，这也是本文所讨论的重点，该电路的具体分析在下文进行。三是补偿网络，由L3、L4、C3组成，该网络的作用在于平衡带宽，在没有该网络作用时带宽会发生不对称现象，所以为使带宽在高频端和低频端具有同样的驻波比表现就需要有补偿网络来平衡。

图1 747KHz和1098KHz双频共塔的天线匹配网络

因为在调试过程中关键调整的是耦合网络，所以在此单独列出进行分析，为分析方便做一下几点处理和简化，1）将天线和阻塞网络转化为一负载电导和电容的并联组合。2）将发射机和馈线阻抗简化为一激励源和电导的并联组合。3）将L1的中心抽头移动到1号端。4）电路中电感L1和L2存在耦合，为简化运算可暂时不考虑此耦合，这样做不会影响运算结论的适用性。所以简化后的电路图如图2所示。

图2 简化后的电路图

以节点0、1、2列写该电路的节点电流方程如下

对上式求解，得

从上式可以看出次级输出电压幅值随频率和耦合度变化的规律。

实际当η=1时，在ξ=0处V2出现最大值V2MAX。将η=1，ξ=0代入上式有则则

由上式可以看出该方程是ξ的偶函数，因此曲线对称于ξ=0的坐轴。若以ξ为参变量，在不同η值时可以得出如图的归一化频率响应曲线。可以看出，不同的η值有不同的频率特性。值代表了两个谐振回路的耦合程度，即从图中可以看出当值越大曲线所覆盖的频率范围越宽，即两谐振回路耦合越紧密带宽越宽。这就是为什么双谐振回路进行耦合可以展宽通频带的原因，也正因为如此双调谐耦合网络完美解决了小天线虚实比过大,通频带过窄的问题。同时在电路图中可以看到电感L1和L2具有耦合作用，这也是为了增加耦合程度而特意为之。

图3 地面数字电视覆盖工程分址台站流程图

2 调整阻抗的方法

在实际调试网络的过程中，主要调节电感L1的触头1和2，具体方法就是拆开馈线与匹配网络的接入端，将网络分析仪接入匹配网络，即如图2中用网络分析仪代替Is和G1，将触头回归L1任意调节处。

所以之后的问题就在与从ab端看进去研究匹配网络和天线的整体阻抗的问题了。因为串联阻抗和并联阻抗是可以等效互换的，所以可以将图2进行等效变换。1）将C2、L2、G2并联组合转化为串联组合用C1和R2来表示。2）将L1和C1的并联组合转化并将中心抽头移动到L1任意位置，表示为L1、L2和Ck串联，同时考虑到电感线圈的电阻则串联一个电阻R1。3）进行以上简化后出现新的串联关系，再进一步做简化将串联电容C1、Ck、CM合并用C表示，因此可以得出如图4所示电路图。

简化后的电路是一个抽头式并联谐振回路，根据并联谐振电路的知识可以知道，调节L2的大小可以是电路在不同频率谐振，也就是可以使得电路阻抗虚部为零。同时根据抽头式并联电路的阻抗变换的知识可以知道，。上式可以看出，在不改变回路参数的情况下，只改变抽头位置，即改变p值，就可以改变ab两端的等效阻抗。所以在调整阻抗是调整L1的大小和调整抽头的位置就可以将网络调整到合适的阻抗。

图4 中联电容合并

3 总结

1）具有双调谐回路的耦合匹配网络是天线对匹配网络提出更高要求的产物，它解决了很多问题，也具有很多优点。如展宽了通频带。根据图2所示，归一化频率响应曲线可以看出，当两调谐回路耦合较紧密时曲线出现双波峰，其通频带可以扩展到接近单谐振回路的两倍。同时抗干扰能力增强。从图2可以看出随频率的变化归一化频率响应曲线变化较为陡峭，在通频带内的频率分量有较好的通过性，而通频带之外的频率分量具有快速的衰减，因此可以将一些不需要的杂波滤出，具有较好的抗干扰能力。但同时在使用中也不同程度的表现出了一些缺点。（1）相比传统匹配网络其电气结构复杂，使用器件较多，增加了使用成本和维护调试难度。（2）稳定度不够，因季节和天气变化影响，发射机反射变化较大。根据季节的不同，一年中需要对网络进行调整。

2）在网络调整过程中需特别注意电感L1和L2的位置配合，上文已经提到，两谐振回路不仅通过电容CM进行耦合，而且L1和L2也存在电磁耦合，在维护和调整时改变两电感线圈的相对位置也会使电路参数发生变化。在实际操作中一般不会调节电感的按装位置，而是调节图1中电感L1的接入量来控制整体网络阻抗的虚部值，调节电感L1的中心抽头位置来控制整体网络阻抗的实部值。搞清了以上原理，在实践过程中多操作，总结经验也会快速掌握技巧和方法。