中波广播双频共塔天线匹配网络的设计与实现

云南省广播电视局临沧699台 罗春美

10kW中波广播双频共塔天线匹配网络是发射机的重要组成部分之一，对于节目质量、安全播出和提升系统运行稳定性具有重要意义。本文通过科学合理的网络设计与参数选取，采用预调网络平衡阻抗的差异性，阻塞网络降低共频的串扰，T型网络实现天线阻抗的适配，用科学方法实现网络设计并满足设计标准，对实现中波发射台双频共塔天线调配网络的稳定运行具有借鉴意义。

中波广播发射站的核心组成主要包括：主/备电源供电、发射机、双频共塔天线以及相关智能监控设备等。为真正实现电视节目播出的实时性、稳定性与可靠性，满足接收端用户对于节目安全播出的“零容错”目标，通过双频共塔天线匹配网络设计以及信号处理算法的应用，已基本实现了信号终端-发射机-天线之间的高效运行方案，能够在满足实时性要求的同时，确保系统运行的可靠性，避免节目播出事故的发生。

现阶段，作为中波发射站“最后一公里”关键环节的广播双频共塔天线匹配网络设计问题一直困扰着技术人员与从业人员。考虑到现实中的双频共塔天线距离机房距离较远，一旦出现问题很难在第一时间解决处理，且现阶段基于智能化网络监测与响应处置功能并没有完全实现，可能会造成系统运行隐患。因此，如何通过网络设计和方案建设，对现行的P=10kW双频共塔天线网络进行匹配调试与功能测试是值得研究和重点关注的问题。从经济最优角度出发，结合科学计算理论，实现共塔天线匹配网络设计与实现，能够降低因外在环境因素和内在机制问题造成的故障检测、智能排障等问题，提升发射站整体的运行安全性和稳定性。基于此，本文从双线匹配网络基本原理与设计思路出发，研究系统设计与项目实现的方案，重点突出组织实施的科学性和有效性。

1 双频共塔天线匹配网络的设计

1.1 基本原理

从技术实现和工程实践角度看，目前中波发射台设计双频共塔天线匹配网络主要涉及到的是设计方案和网络参数取值等问题。匹配网络原理如图1所示，上下两路f1、f2信号传输通道。以f2为例，其中L01、C01为整个体系设计中的预调网络，其能够为匹配网络的工作信号进行预处理。L13、C13则为阻塞网络（f谐振=576KHz），用来针对传输频率呈现阻抗。无论从d1还是d2观察整个信号传输通道，能够有效组成T型网络模式。

图1 中波广播双频共塔天线匹配网络的基本原理框图

1.2 设计思路

双频共塔天线匹配网络功能发挥的关键在于能否将发射机输出的高频信号以最大功率模式匹配网络并传输到天线，现阶段制约信号适配的难点在于工作频率的特性阻抗不能够转化为对应的馈线阻抗，无法真正实现匹配。通常情况下，一般馈线的阻抗选择50Ω（SDY-50-37-3），此时需要将发射端天线的阻抗经匹配网络转换为目标阻抗50Ω。考虑到双频共塔的实际情况，对于上下两路f1、f2信号频率间隔提出的基本要求，对不同的信号频率会出现反差较大的阻抗，破坏了整体网络运行的稳定性。基于此，需要在前端预设系统预调网络来平衡分级阻抗的差异性，进而降低匹配难度，并通过添加LC并联谐振阻塞网络解决可能存在的串扰问题。值得注意的是，根据建设标准相关文件《中、短波广播发射台设计规范》中对于天线配置提出的要求，明确这个匹配网络的备份已经预留相关接口，以便于后期设计智能切换系统使用。该方案设计的建设项目简单易实施，可维护性强，即使在系统运行中出现点位故障或系统瘫痪等情况时，也可以迅速完成网络切换和功能备用，从而降低节目播出的事故率。

2 双频共塔天线匹配网络的实现

在设计双频共塔天线匹配网络过程中，网络参数设置需严格与天线的阻尼系数适配，系统兼容性与宽通性要满足规范；要考虑发射频率间的串扰以及系统内部自扰影响，应积极通过电子线路设计来优化；匹配网络及相关网络组件应当通过科学计算来选择参数，以保证网络运行的可靠性。首先，中波双频的发射频率f1=1359kHz、f2=576KHz，其频率间隔基本满足设计要求，即满足f1/f2≥1.25，能较好地满足双频共塔的发射条件。

2.1 匹配网络设计标准

（1）Q≤ 3。为了保持网络运行的稳定可靠，技术参数的选取必须结合实际条件，即需要考虑中波固态发射机要求的Q值不大于3。较小的Q值能够使得网络更容易匹配天线阻抗，且降低了对环境因素的要求。

（2）三维布局。建设安装时，应当采取三维或者多维的布局模式，能够有效降低所使用的电子元器件（电感线圈和电容器等）线圈间的互扰。

（3）防雷电。考虑到发射天线架设较高，双频共塔天线网络设计必须加入防雷击要求，即防止雷电击穿馈线或窜入发射机，元器件接地铜皮应设计满足接地电阻 ≤ 1Ω。

（4）网络功率大。电子元器件的选用要结合功率值匹配，最大的高频工作电流≤10A，选用(L、C)应保证达到200%功率容量。

2.2 匹配网络设计方案

匹配网络主要包括：（1）T型网络。需要实现最大程度的传输发射功率，由于采取的T型网络能够适配多种设计模式，并能优化且稳定控制网络Q值；（2）阻塞网络。其主要目的是降低甚至避免临近的两个工作频率（高频）信号间的串扰，通过设计并联LC谐振电路，防止高频电流的倒串；（3）预调网络。由于两个工作频率的天线阻抗差异性影响网络运行的可靠性，通过设计合适的预调网络，尽可能降低发射天线对频率阻抗值的差异，保障网络稳定性。

（1）T型网络取值

选择好匹配网络后，需要设计具体参数。T型网络的核心作用是将馈线的特性阻抗W和天线输入阻抗Z进行匹配。假设发射频率f的中波发射机W=50Ω，在设计天调网络阻抗值时，需要考虑的是基于网络分析计算得到Z=R+jX=30+j26，且满足W＞R条件的匹配网络的回路形式是可取的。

（2）阻塞网络取值

以L13、C13阻塞网络为例，希望设计的阻塞网络能够实现低功效，即能够在此条件下实现较好的阻塞效果。L13、C13阻塞网络是f1=1359kHz传输通道谐振于f2=576KHz上，能够有效阻止f2频率的串扰。根据经验值分析，当C13=1500PF，此时L13=16.1uH，即能够满足L≤ 40uH这一标准。

（3）预调网络取值

对于双频共塔的基本模式，当发射端采取单频f远小于双频发射天线固有频率，自扰的影响可以忽略，此时重点考虑如何通过设计电路回路参数，高效抑制互扰现象的发生，这里考虑采取陷波电路的方法，通过先并后串的设计回路吸收双频发射天线固有频率的互扰，即f1＜f且f＞f2。用网络分析仪实测发射天线，测得对上线f1=1359kHz工作频率所呈现的阻抗：z1= 450 +j350；测得对下线f2=576KHz频率所得的阻抗：z2= 90 +j120。此时的差异较大导致串扰明显，网络运行不可靠，需要通过预调网络实现f1无限逼近天线阻抗的实部90Ω，即采用并联谐振网络的实现方案，具体形式如图2所示。

图2 预调网络实现方案示意图

结束语：本文提出的中波发射机的双频共塔天线匹配网络设计与实现对于发射系统的稳定运行起到了关键作用，设计出参数科学、指标优良的网络设计电路对于整个发射系统的稳定运行和网络高效匹配有重要作用，其能够间接帮助发射机实现远距传输和宽面覆盖，因此双频共塔天线网络的优化设计能够贴合智能化发展的方向，在减轻技术人员设备维护工作量的基础上，不断完善节目播出质量和系统工作效果。