浅谈中波双频共用天线匹配网络

李国武，刘志强

（1.河南省新乡中波转播台，河南 新乡 453000；2.河南省焦作中波转播台，河南 焦作 454000）

0 引言

一般发射天线离发射机房距离较远，之间需要一根馈线，在正常情况下，天线的输入阻抗和馈线的特性阻抗是不相同的，为了达到天线的输入阻抗（R+jX）和馈线的特性阻抗相匹配，要减少反射波，降低馈线上的驻波比，这样才能提高效率和保障安全，这种情况下需要在天线的输入端与馈线之间接入一套阻抗匹配网络，以此实现天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗相匹配。当采用双频或三频共用天线工作时，对于每个工作频率而言，就存在相邻频率干扰问题，尤其是频率之间的间隔较近时，干扰就更为严重。通常情况下，为了抑制和滤除邻频干扰信号，只需在工作频率通路串联或并联相应的吸收回路和阻塞网络即可解决[1]。

1 双频共用天线匹配网络的技术要求

在正常情况下，双频共用天线匹配网络由预调网络、匹配网络、阻塞网络和吸收回路等部分组成，除此之外还要充分考虑天线匹配网络的防雷效果。

（1）在双频共天线匹配网络中，两频共用天线的两个频率的比按广电总局编制的设计手册要求应大于1.25，即

（2）匹配网络的设计时必须和馈线的阻抗相匹配，并且有良好的通带特性，将其他频率对本塔发射的频率影响降至最低[2]。

（3）应尽量简化设计，使用尽可能少的元器件，这样做的好处是减少损耗和方便安装、调试。

（4）在选用元器件时，应尽可能地使用电气特性好、耐压值高的元器件。在电容的选取过程中，若单只电容不能够满足耐压和功率的要求，可采用电容串并联方式以达到耐压和功率的要求[3]。

（5）阻塞网络是一把双刃剑，阻塞网络在抑制阻塞频率的同时也会对主频呈现出一定的电抗，并且上下边频处的电抗值会有所不同，也就是说经过阻塞网络后，会产生边频差，当边频差积累到一定程度时，会影响到整个网络的稳定性，所以阻塞网络应尽可能少用，最多不超过两个[4]。

（6）当主频与本台其他频率相互干扰时应增加吸收回路，这样可以实现对干扰信号陷波消除，而对原电路无影响。

（7）有效防雷措施。雷电会对匹配网络及发射机产生严重的破坏，所以在匹配网络的设计中防雷措施也是必须要考虑进去的。通常匹配网络中的防雷措施有：石墨放电球、对地电感（微亨级电感）、隔直电容、移相网络等[5]。

（8）在设计匹配网络时，还应考虑网络的散热问题。整个天调室一般由铜皮包裹，尤其夏季，一些性能不佳的元器件在高温下电气参数会发生变化，从而造成匹配失谐，整个网络工作不稳定，因此导致发射机反射功率增大、驻波增大、工作不稳定，甚至无法开机。所以要采取有效的降温措施，保证匹配网络工作的稳定性[6]。

2 预调网络

由于不同频率在同一天线上输入阻抗值相差还是比较大的，有的频率输入阻抗较低，不易于其他频率在馈点上链接匹配，因此在天线输入端就要加入预调网络，使平衡同天线频率在馈点上的阻抗匹配，从而降低各频率之间的设计难度，同时降低阻塞网路、匹配网络的视在功率（两机呈现的阻抗实部要大致相等，虚部性质相反）和防雷。常见的预调网络为以下三种：

2.1 当特性阻抗的实部和虚部较低时

图1 预调网络（提高实部和虚部）

L0C0谐振于本频，L0又做防雷电感，这种形式一般用于特性阻抗的实部和虚部较低的天线。

2.2 当特性阻抗虚部较低时

图2 预调网络（提高虚部）

L0、L1为防雷电感，这种形式可提高天线阻抗虚部。

2.3 综合考虑时

图3 预调网络（融为一体）

L0C0谐振于旁路，L0、L1为防雷电感，这种形式是把防雷网络、阻塞网络、天线阻抗转换网络融为一体。

3 匹配网络

匹配网络就是使馈线的特性阻抗与天线的输入阻抗（RA+jXA）相互匹配，一般是采用正Γ或倒Γ两种基本形式的LC电路。由于天调网络所有元器件均是电感或电容，无反射匹配仅是对载波而言，在边带频率上会存在一定的反射和损耗，因此会影响发射机的各项指标，尤其对全固态发射机影响更为严重，因此，对全固态发射机的天线匹配网络的设计、调整上，必须考虑其在整个工作带宽内天馈线系统都符合要求的匹配[7]。

4 移相网络

移相网络如图4所示：一般是由两个电感和一个电容组成的L-C-L型移相网络，它将馈线送来的射频信号进行移相，使电压相位与电流相位不同相，电压最高时电流不为最大值，目的是当雷电入侵天线时，由于电流和电压的相位不同，不会同时到达发射机，减缓了雷电对发射机的破坏[8]。

图4 移相网络

5 阻塞网络

阻塞网络就是使本频顺利通过，阻塞其他频率信号。

LC并联谐振阻抗的大小选择是决定阻塞效果好坏的关键因素。电容通常要选用高频低损电容，容量一般选择在1500~3000 PF之间，带宽则由发射机功率和干扰强度大小选定，其中Q值高于电感，并联谐振阻抗主要取决于电感量及其Q值大小。电感元件的等效并联电阻越大，其阻塞效果就越好。

在进行阻塞网络设计时，如果阻塞频率与本频频率离得比较近，就存在视在功率的问题。阻塞网络在阻塞其他频率的同时，也会损耗一定的本频功率。如果视在功率比较大，就会造成元器件严重发热，阻抗特性偏移，使整个网络工作不稳定，所以设计时一定要考虑到视在功率的影响[9]。

6 吸收回路

一般情况下，中波台发射天线不止一个，频率也不止一两个，在设计天线匹配网络的同时，就应该考虑到本台其他频率或周边频率对本频的影响，在匹配网络中，加入吸收回路，可以实现对干扰信号陷波消除，而对于本频信号阻抗最大，则对原电路没有影响。常见的形式有：串联电路并电容、串联电路并电感、并联电路串电容、并联电路串电感（如图5所示）。

图5 吸收回路

具体用什么形式要根据本振和干扰信号频率的大小及个人习惯而定。

电容的取值一般为500 PF、1000 PF、1500 PF、2000 PF，电感取值一般为10~60 μH。在实际应用中，电容一般选用陶瓷电容（真空电容虽可调节，但成本高，很少使用），通过串并联满足容量和耐压的需求；电感是可调节的。若电路中只有一个可调电感，不容易实现双谐振，当电容的计算值与电容的标值相差不大时（在10%以内），可以多找几个电容逐个测量，一般可以找到与计算值一致的；当计算值与标值相差较大时，可用电容的串、并联达到预期值，也可用电容串联电感的办法解决。

7 防雷措施

天线及匹配网络最容易遭到雷击，雷电会对匹配网络和发射机产生严重的破坏，匹配网络中常见的防雷措施如下。

（1）石墨防电球。石墨放电球间隙调节标准为1 mm/kV，在接地端串套40~50个磁环。发射机正常工作时它并不起作用。雷电对发射机造成破坏的主要能量集中在直流和低频部分。当天线遭到雷击时，在发射机保护电路动作之前，能提高发射机的短路阻抗，从而对发射机起到了保护作用。

（2）隔直电容。雷电的能量主要集中于直流和低频部分，加入隔直电容可有效的防止雷电的能量通过馈线直接进入发射机。电容的取值一般选取1000~3000 PF，并且伏安量要大，耐压越高越好，多采用串、并联方式。通常情况下，10 kW以下发射功率用4只2000 PF的电容，两只串联后再并联。10 kW及以上发射功率用9只2000 PF的电容，三只串联后再并联。

8 安装时注意事项

（1）电感线圈与电感线圈之间不能离得很近。

（2）电感线圈不能竖立安置于架子上。

（3）距离近的电感线圈之间要相互垂直放置，不可平行放置。

（4）元器件接地处要用铜带连接，然后焊接在接地铜排上，不可将支架台直接做为地使用。

（5）接地铜带不宜过长。

（6）吸收网络的非接地端尽可能地接在馈线的出口处，便于查找与提高吸收质量。

9 结束语

天线匹配网络是中波广播发射中重要的组成部分，它是实现广播信号能否高效、无失真地传输到发射塔的关键所在，所以在设计时尤为重要。一是要准确测量出天线所需工作频率的特性阻抗；二是通过正Γ或倒Γ等基本形式实现阻抗匹配；三是通过阻塞回路、吸收回路抑制本台或外界其他频率对本频的干扰；四是做好防雷措施；五是充分巧妙地运用每一个元器件，减少整个网络中的元器件个数，从而减低故障率、减少成本。■