预调网络在中波三频共塔天调网络中的应用

刘学生

【摘要】本文简要分析了辽宁省西部地区某中波台三频共塔天线调配网络原理，介绍了其中并联谐振型预调网络的使用，此预调网络的应用方式可供网络设计者参考。

【关键词】中波;三频共塔;并联谐振式预调网络;驻波比带宽;隔离度;静电防雷电感

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.15.002

预调网络，用于调整中波天线塔对某一个或多个频率所呈现的阻抗。预调网络也叫做天线塔的低负荷。预调网络不是必需的。对于多频共塔，如果天线塔在几个频率上的阻抗实部相差悬殊，一般需要使用预调网络对各个频道的阻抗实部予以平衡，否则实部大的频道上的阻塞网络需要减小电容值才能达到足够的功率衰减，这会使该频道上的带宽减小。

预调网络在单频单塔环境下也有应用。在低频低塔天调网络设计中起到了关键的作用。低频低塔环境下的540KHz比较常见，根据天线阻抗实部大小和虚部的电抗性质，在天线塔底部添加一个电抗性质相反的电抗元件（电感或电容），与天线阻抗构成并联谐振网络。

通过计算或仿真计算，找到一个比较适合的实部值，这个实部变化越缓和越好。对于这个实部数值，单频单塔则直接目标为馈线特性阻抗，一般为50欧姆。多频共塔则需要把实部调整到与其它频道的实部接近或相等。

1. 技术背景

我国现有的中波广播频率为526.5～1606.5KHz，频率间隔为9KHz。从标称载频531KHz到1602KHz为止，共有120个频道。每个频道工作带宽9KHz。

与过去传统的电子管发射机相比，全固态中波广播发射机对天线匹配网络要求更高，更细致。不仅要考虑载波点上的阻抗匹配，更要考虑通带内的幅频特性，而且要求阻带有足够的衰减。这就是说，既要让通带内的广播信号低损耗地顺利通过，又阻止其它不需要的信号通过，特别是邻近的其它广播信号倒送回来。

对于中波广播发射机，天调网络驻波比小于1.25的工作总带宽，最低要求是9KHz。

对于不同的发射功率，隔离度要求的衰减数值也不同。对于额定功率10KW的发射机，理论上要求边带功率衰减40dB，实践中一般在载波点正负5KHz频点上的边带功率衰减达到30dB以上，可以正常工作。对于额定功率200KW的发射机，理论上要求边带功率衰减53dB。

隔离度够用就可以，不必过度衰减。在驻波比带宽吃紧时，减轻隔离度还可以释放出一点带宽。驻波比带宽也不是越宽越好。一般总带宽20KHz已经足够。太宽不利于防止雷电脉冲。

2. 应用实例

辽宁省西部地区某中波台，现有一座76米底部绝缘拉线塔，上面承载着540KHz/10KW，801KHz/10KW，1089KHz/10KW，三频共塔发射业务，其中540KHz天线阻抗为18-j54，801KHz天线阻抗为45+j180，1089KHz天线阻抗为1000+j800。上述三个频率的发射机馈线特性阻抗都是50欧姆。该网络由哈广专业技术人员设计，自2012年投入安装使用，至今已经运行了近10年。

下面简要分析该三频共塔调网络原理，原理图见（图1）

2.1 预调网络

低频低塔条件下，中波天线阻抗实部电阻一般都较小，天线带宽比较狭窄。工程设计上一般都是给天线底部加一个电感（或电容），利用并联谐振的特点，提高天线阻抗的实部电阻，从而增加带宽。

在（图1）中，L12与C7并联谐振在801KHz上，L9与C2并联谐振在1089KHz上，通过计算可知，L12与C7组成的并联谐振网络对于540KHz相当于一个电感，L9与C2组成的并联谐振网络对于540KHz也相当于一个电感，这两个并联谐振网络串接起来，对于540KHz相当于一个43uH的电感，这个等效的43uH的电感就是540KHz频道的预调网络，因为分别并联谐振在801KHz和1089KHz上，所以这个预调网络是专门为540KHz频道做的一个预调网络。

通过计算可知，天线底部加了这样一个并联谐振式预调网络之后，540KHz的天线阻抗由18-j54欧姆变成了34.9-j72.1欧姆，实部提高了近一倍。801KHz和1089KHz的天线阻抗不变。

理论上，801KHz和1089KHz这两个频道可以对540KHz的专用预调网络视而不见而直接上天线了。通过仿真计算可知，540KHz通道上驻波比小于1.25的带宽达到了10KHz。

2.2 阻塞网络

阻塞网络常用电感L与电容C组成的并联谐振网络实现。这种网络阻塞效果好，也容易实现。

阻塞网络电容和电感用多大数值为好，这需要根据功率的大小和频道间隔远近而定，必须要有足够的衰减。对于额定功率10KW的发射机，理论上边带功率衰减40dB已经足够。

在1089KHz通道上，L13与C17并联谐振在801KHz上，L1与C5并联谐振在540KHz上，

阻止来自801KHz和540KHz這两个通道的功率倒灌。

在540KHz通道上，L3与C6并联谐振在801KHz上，阻止来自801KHz通道的功率倒灌。

在801KHz通道上，L7与C8并联谐振在540KHz上，阻止来自540KHz通道的功率倒灌。

L5与C73并联谐振在1089KHz上，作为801KHz与540KHz的共用阻塞网络，阻止来自1089KHz通道的功率倒灌。

这样就实现每个频道都在阻止其它两个频道功率倒灌。

2.3 T型匹配网络

三个频道使用的都是的T型匹配网络。C16和L16，C4和L4，C9和L11，都是用来中和天线阻抗的虚部，它们大致谐振于各自频道上。C15，L8，L2分别用来把阻抗实部调节到50欧姆。每个末端的串联支路都是用来把阻抗虚部调整到接近于零欧姆。

2.4 天线静电泄放网络

对于底部对地绝缘的中波天线，在设计天调网络时必须考虑天线塔的静电接地问题。在天调网络设计时必须给天线塔留一个直流接地的通道。

540KHz的专用预调网络同时也是作为天线静电泄放网络使用的。L12和L9给天线塔留了一个直流接地的通道。

天线匹配网络的每一个频道，相当于开启了一个双向的窗口，高频电磁波可以出去到天线上，也可以从天线那里无阻碍地进来，但是仅限于工作载波通道。这个通道越宽，对应这个频率的雷电脉冲进来的概率也就越大。从防雷电的角度考虑，天调网络的驻波比带宽不宜过宽，对于全固态中波广播发射机而言，驻波比小于1.25的总带宽最多不应大于20KHz，通频带边沿衰减越陡峭越好。

电感线圈把天线直流接地的方法，只能减少天线塔基因静电泄放而造成天线负载瞬间短路的概率，并不能阻止对应工作载波频率的雷电脉冲进入天馈线系统。

3. 结束语

驻波比带宽和隔离度是中波天线匹配网络的两个重要参数。通过计算机仿真分析，本實例中801KHz通道上驻波比小于1.25的带宽没有达到9KHz。仿真结果表明，是预调网络对801KHz的边带影响所致，继续扩展801KHz的带宽也没有明显改善。虽然预调网络中有对地并联谐振于801KHz的阻塞网络的存在，但预调网络在801KHz边带上阻抗快速减小，其对801KHz附近正负5KHz的阻抗不可视为无穷大。

一个天调网络在设计之初，要根据天线实测数据来决定是否需要使用预调网络。两组并联谐振网络串接起来作为预调网络的应用实例少见，此案例仅供技术同行借鉴和参考。

在不使用预调网络的前提下，对540KHz和801KHz使用宽带匹配设计法，通过计算机仿真，我们已经成功设计出新的完全符合行业标准的天调网络。

参考文献：

[1]陈晓卫.全固态中波广播发射机使用与维护[J].中国广播电视出版社，2002，

[2]张丕灶.全固态中波发送系统调整与维修[M].厦门大学出版社，2007，

[3]]苏沙水.利用Multisim仿真软件设计中波天调网络[J].科技信息，2011年第23期.