中波广播双频共塔天线调配网络及主备网络倒换系统的设计原理

李春国

（作者单位：贵州省广播电视局八二七台）

天线调配网络是中波广播发射系统的重要组成部分，作用是使天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗相匹配，抑制天线倒送过来的高频回馈电压，提高发射质量，保障设备安全。主、备天调网络系统主要是为降低设备安全播出事故率而设计的，主要目的是使主天调网络系统出现故障时能够及时切入备用网络，最大限度地缩短停播时间，从而提高安全播出率。

1 天线调配网络

1.1 匹配网络

匹配网络主要是使天线的输入阻抗Ra+JXin和馈线的特性阻抗W相匹配。现使用较为广泛的匹配网络一般有Г形、T形或Π形网络，其中，因Г形网络所用元件较少，易于调整，应用较广泛，调试比较便利，并具有良好的通带特性。Г形网络又分为正Г形网络和倒Г形网络，其网络线路如图1和图2所示[1]：

（1）当W＞Rin时，其元器件值按式（1）和（2）计算：

元器件的最大电压（100%调幅峰值）、最大电流（100%调幅有效值）计算如下：

（2）当W＜Rin时，如图2：

其元器件值按式（7）和（8）计算：

元器件的最大电压（100%调幅峰值）、最大电流（100%调幅有效值）计算如下：

式中：P为发射机载波功率。

以贵州省广播电视局八二七台天线为例，经测量：天线对于765 kHz、1 143 kHz的天线阻抗分别为111.7+j31.5、59-j101.8，馈线特性阻抗为50 Ω。故采用倒Г形匹配网络。

1.2 阻塞网络（邻频倒送的抑制）

当有其他发射天线或较近距离的大功率电台工作时，由于天线的互逆性，天线就会接收到较大的射频电压，该射频电压将对发射机产生负面影响，致使发射机自动保护或关机，造成播音中断。因此，在实际中，主要应用阻塞网络、陷波网络和带通滤波器来抑制从天线倒送过来的射频电压，保障发射机正常工作。

1.2.1 陷波网络

陷波网络一般有两种连接形式，即先串联后并联（见图3）、先并联后串联（见图4），它们的作用都是在抑制f1的同时不影响原来的阻抗。图3中，电感L1和电容C1串联谐振在干扰频率f1，和X并联谐振在工作频率f0。图4中，L1和C1并联谐振在工作频率f0，和X串联谐振在干扰频率f1。

1.2.2 串联回路中的并联谐振

（1）图5先并联后串联：L1和C1并联谐振在干扰频率f1，和X串联谐振在工作频率f0。这样，在抑制f1的同时也不影响原来的阻抗。这种方法可以在双频共塔或多频共塔的天调网络中作为阻塞网络使用。

（2）图6先串联后并联：L1和C1串联谐振在工作频率f0，和X并联谐振在干扰频率f1。这样，在抑制f1的同时不影响原来的阻抗。

1.2.3 带通滤波器

当一个发射台频率众多时，可采用带通滤波器来抑制邻频的干扰。其既要具有一定的通带带宽，又必须具备阻带特性。现一般使用二阶巴特沃斯滤波器作为天调网络中的带通滤波器，最窄带宽应为100 kHz以上。

因贵州省广播电视局八二七台的天线为双工天线，在配置两个频率各自的阻抗匹配网络时需分别串联一套阻塞网络（见图7），以防止两个频率间的串扰。

阻塞网络有两种，即并联谐振网络和串联谐振网络。它与天线的连接方式如图8所示[1]。

阻塞网络一般有两种网络形式：并联谐振阻塞网络对阻塞网络呈无穷大阻抗，阻止该频率通过，对通过频率呈现某一电抗；串联谐振阻塞网络的一端接地，为阻塞频率提供通地旁路，对通过频率呈现某一电抗。因并联谐振网络在设计和调整上较串联谐振网络简便，故多工天线电路多采用并联谐振网络，其谐振频率

综上所述，结合贵州省广播电视局八二七台的实际情况，应使用的干扰频率抑制为如图5所示的串联回路中的先并后串阻塞网络形式。

1.3 防雷系统

天线一般都是其所在场地周围的最高建筑，易招引雷电，故需要加装防雷装置，保障设备安全。在天调网络中我们采取如图9所示措施。

1.3.1 电磁耦合隔离防雷

在全屏蔽的网络箱内安装一套针对本频特性的电磁耦合隔离防雷装置，通过电容、电感的选频性将本频的插入损耗控制在0.2 dB内，回损＞28 dB，由于双调谐电感是靠耦合方式传输的，能够使雷电的能量在此被隔离而得以释放。

1.3.2 石墨放电球

除在天线底部安装半圆形金属放电球ZZ外，还应加装一对CAP圆柱形石墨放电球，并在其接地端串套40～50个小磁环，这样既能形成良好的放电通路，又能提高发射机短路时的射频阻抗，保护发射机。

1.3.3 微亨级的电感L0

因雷电的能量主要集中于低频和直流部分，故需要在天线下并联一只微亨级电感L0，为天调网络提供一路对地静电放电通路。

1.3.4 隔直流电容C0

CO主要起到隔离的作用，抑制雷电的大部分能量通过天调网络进入发射机。因其是防雷器件，故需采用高耐压、高伏安量的高频电容。

综上所述，以贵州省广播电视局八二七台为例，经测量计算，该台新增天线调配网络765 kHz 10 kW 50 Ω（共塔1 143 kHz 10 kW 50 Ω）原理如图10所示，其中，Z为放电球装置，采用石墨放电球装置，有利防雷，间距约为10 mm；K为通地闸刀；C11和L11并联谐振于765 kHz，用于阻塞765 kHz频段；C1和L1并联谐振于1 143 kHz，用于阻塞1 143 kHz频段。

在选取和安装天调网络元件（电感、电容）时应遵循以下原则：

（1）在选择电容时，满足需求的同时还应留有50%以上的安全冗余度，提高网络的安全可靠性。

（2）在选取电感线圈时，应选择合适的直径，并留有1/3左右的余量，以便调试。

（3）为减小电感线圈相互间的感应，在小范围同一平面内最多只装3个电感，且为三维垂直方向；电感抽头的引线应安装在线圈内部走，不用的电感余量不能短接。

（4）铺设的铜带地线采用厚0.3～0.5 mm、宽60～100 mm为宜，并沿电流行进方向进行铺设，保证接地良好。

（5）连接各元器件时，应根据电流大小选用合适的铜带，并保证其接触紧实，减小接触电阻。

2 主备网络倒换装置

为防止天线调配网络故障造成发射机停播事故，增加一套备份天线调配网络（见图11）。该调配网络同时置于天线调配间与原天线调配网络互为备份，两个频率的传输馈管分别进入两个φ40的手电一体同轴开关S1、S2，由同轴开关负责分配至所需要工作的天调网络，同时输出至天线端口的切换由φ80手电一体同轴开关S3来完成。

3 结语

控制部分采用机房内一键操作切换来完成，10 s内即可完成两套网络间的切换。当机房内的一键切换开关启动时，天线调配房的控制系统接收到切换信号，首先判定是否有发射机在调配网络上工作，一旦检测到天线端有发射功率则自动拒绝切换命令；当检测到天线端无发射机在工作，则控制3个同轴开关同时切换，同轴开关切换到位后给天线调配房的控制系统和机房内的控制器一个反馈命令，天调房的控制器和机房内的控制器同时显示切换到位指示，发射机可在天线端工作。具体操作如下：

（1）拨动控制室的钮子开关，可切换同轴开关，选择相应的天调网络，控制室和天调室的控制盒上的相应指示灯亮。

（2）如需要在天调室切换同轴开关，应将相应同轴开关控制器上的“手动/自动”开关拨到“自动”，在同轴开关上按“点动”按钮。操作完成后，将同轴开关控制器上的“手动/自动”开关拨回“手动”。

（3）3只同轴开关控制器分别控制3台同轴开关。

（4）发射机开机时，不可进行同轴开关切换。