中波广播发射天线多频共塔天调网络优化设计.pdf

广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期121Wireless Coverage 无线覆盖传输覆盖中波广播发射天线多频共塔天调 网络优化设计【摘 要】本文介绍中波发射天线多频共塔调配网络的模块化构成。该调配网络结构是在单频T型宽带天线调配网络的基础上，增加防雷电路、多频共塔阻塞和吸收电路，除实现天线匹配功能外，还具备防雷和多频共塔功能。【关键词】中波广播，天调网络，阻抗匹配【中图分类号】TN822+.2 【文献标识码】B 【DOI编码】10.16171/ki.rtbe.20230006022【本文献信息】邓楚雄.中波广播发射天线多频共塔天调网络优化设计J.广播与电视技术，2023,Vol.50(6).Optimization Design of Multi-frequency Common Tower Antenna Matching Network for Medium Wave Radio TransmissionDeng Chuxiong(Guangdong Radio and Television Technology Center,Guangdong 510066,China)Abstract This paper introduces the modularization of multi frequency common tower matching network for medium wave transmitting antenna.The matching network structure is based on the single frequency T-type broadband antenna matching network,adding lightning protection circuit,multi-frequency common tower blocking and absorption circuit.In addition to the antenna matching function,it also has the function of lightning protection and multi-frequency common tower.Keywords Medium wave broadcasting,Antenna matching network,Impedance matching邓楚雄(广东省广播电视技术中心，广东 510066)0 引言我国现有中波发射天线多频共塔的天调网络形式多样，构成复杂，主要由防雷网络电路、匹配网络电路、阻塞网络电路和吸收网络电路组成，各电路构成又各有特色，各电路之间互相牵制，有的匹配网络电路同时还是防雷网络电路的一部分，有的防雷网络电路又是匹配网络电路的一部分，以及阻塞和吸收网络电路也同时参与匹配功能，造成天调网络调试异常复杂，建设交付后给台站技术人员日常维护带来极大的困难。为使天调网络系统结构简单易懂，方便日常维护，现以双工调配网络优化设计为例，对各功能板块进行模块化设计，在各板块进行独立调试后，将所有调试好的板块组合成完整的天调网络，如图 1 所示。1 系统介绍1.1 防雷电路的设计中波发射天线为发射台周边唯一高耸物，雷雨天气下极易遭受雷击，强度较大的雷电在瞬间（通常只有几微秒到几百微秒）可以产生非常大的能量，造成发射天线、天调网络和发射机的损坏。雷电能量的组成主要包括数千赫兹及以下的低频分量和直流分量。防雷电路设计思路是在天调网络中增加一系列有效的防雷措施，但这些措施的加入不应对天调网络的阻抗造成影响，即天调网络和防雷各自调整互不影响，便于维护人员日常维护。完整的防雷电路包括金属放电球、泄雷线圈和隔雷电容三部分。1.1.1 金属放电球较强雷电能量主要靠天线底部的金属放电球完成雷电泄广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期122无线覆盖 Wireless Coverage传输覆盖放，放电球间距太小会导致射频短路，引起正常工作时的发射机保护故障，放电球间距太大又降低了中波天线的避雷能力，导致雷电的大部分能量进入调配网络和发射机，极易导致调配网络和发射机损毁。因此，要根据天线底部的正常工作射频信号的峰值电压调整天线塔底金属放电球的间距。放电球两极间距按放电电压 1kV/1mm 进行调整，如天线正常工作状态下天线底部射频信号的电压峰值为 10kV，放电球间距一般调整为20mm，可对 20kV 以上的雷电完成雷电泄放，该放电球间距既可保证发射机正常工作同时又达到有效的雷电泄放，不会对正常发射造成影响。1.1.2 泄雷线圈如图 1 所示，泄雷接地线圈（L1+L2）和金属放电球并联，泄雷接地线圈一端和金属放电球一端均连接在与天线之间，并和连接在天线与天线调配网络之间的隔雷电容 CB 连接。选择 100 微亨泄雷接地线圈（3mm40mm 紫铜实心扁线圈），根据 X=2f(L1+L2)，可知该泄雷接地线圈对低频分量和直流分量感抗较小，可实现对经过塔底金属放电球后的雷电分量对地泄放。为了在增加泄雷线圈的情况下，不对天线匹配网络造成影响，在泄雷线圈上附加两个电容（C1 和 C2）组成两个并联谐振电路（f1=1/2(L1C1)、f2=1/2(L2C2)），阻塞发射机的射频信号通过泄雷线圈入地，对发射机的射频信号 相当于开路。1.1.3 隔雷电容隔雷电容 CB 串联在天线和调配网络之间，通过电容隔直流和低频而通高频的特性，隔离了雷电能量中的直流分量和低频分量，使其不能进入天调网络，避免雷电分量经过天调网络和馈线进入发射机，造成天调网络、馈线及发射机的损坏，实现保护设备设施的目的。一般选取容量较大的电容作为隔雷电容（如 CB=5000P，射频 f=999kHz），根据 XcB=1/2fCB=0.06欧姆，串入天线回路的容抗较小，可近似忽略其对调配网络的影响。对低频分量和直流分量容抗较大，连接在天线与天调网络之间，利用该容量电容隔直流和低频、通射频的特性，隔离了雷电能量的直流和低频分量侵入天调网络，进而避免雷电通过馈线引入发射机，造成天调网络与发射机的损坏。1.2 阻塞网络如图 1 所示，L1S、C1S、C1P 组成 f2 并联谐振回路，对f2 的信号形成阻塞，L1S、C1S 组成 f1 串联谐振回路，使 f1的信号可以通过串联电路上天线。该阻塞网络的并联谐振回路阻塞 f2 的信号，串联谐振回路对 f1 的信号直通，既防止 f2的信号功率能量进入 f1 发射机影响其正常工作，又保证 f1 天线调配网络不会对 f2 天线调配网络的匹配造成影响。L2S、C2S、C2P 组成 f1 并联谐振回路，其中 L2S、C2S组成 f2 串联谐振回路。L2S、C2S、C2P 并联谐振回路与 L1S、C1S、C1P 并联谐振回路功能和作用类同。1.3 吸收网络如图 1 所示，L1P、L2S、C2S 组成 f1 并联谐振回路，其中 L2S、C2S 组成 f2 串联谐振回路，即并联谐振回路对 f1 开路，将 f2 对地短路，既吸收了上述阻塞后泄漏的 f2 功率能量，防止送入 f1 发射机影响其正常工作，又保证该吸收网络不会对 f1 天线调配网络造成影响。C2P、L1S、C1S 组 成 f2 并 联谐振回路，其中 L1S、C1S 组成 f1串联谐振回路。C2P、L1S、C1S 并联谐振回路与 L1P、L2S、C2S 并联谐振回路功能和作用类同。1.4 等效天线匹配网络经优化对双工调配网络防雷电路、阻塞网络、吸收网络的设计，复杂的电路得到了简化，f1、f2 两个频率的等效天线匹配网络如图 2所示。f1 天 线 匹 配 网 络 由 X1T、X1E、X1A 组成 T 型匹配网络，为图1 双工调配网络优化设计图广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期123Wireless Coverage 无线覆盖传输覆盖电容或电感元件，其数值和电抗性取决于天线阻抗（R1+X1）的数值和电抗性，以及网络设计带宽，结果是与馈线阻抗 50 欧姆相匹配。f2 天 线 匹 配 网 络 由 X2T、X2E、X2A 组成 T 型匹配网络，天线阻抗为（R2+X2），f2 的 T 型匹配网络与 f1 的 T 型匹配网络原理类同。2 系统的模块化对于图 1 中 f1 信号调配网络中的阻塞网络 L1S、C1S、C1P，与 f2信号调配网络中的吸收网络 L4S、C4S、C4P 功能一样，结构一样，网络中的各元件的参数也一样，同理，f1 信号调配网络中的吸收网络L2S、C2S、L1P，与 f2 信 号 调 配网络中的阻塞网络 L3S、C3S、C3P功能一样，结构一样，网络中的各元件的参数也一样。上述双频共塔网络实际上由防雷电路、阻塞网络、吸收网络和等效天线匹配网络组成，模块化原理图如图 3 所示。3 结束语以上主要讨论典型的双工天调网络的优化设计，对防雷电路、阻塞网络、吸收网络的设计以独立实现相应功能的同时不会对匹配网络的正常工作造成影响，相互独立调整，复杂的电路得到了简化。另外，该设计思路的应用为三频或四频共塔的设计提供了可行性方案。参考文献：1刘雄.中波天线调配网络的原理与设计J.北京:广播与电视技术,2021,12:63-64.2 朱兴华.中波双频共塔天线调配网络设计与实现J.广播与电视技术,2020,47(8):94-99.3 李昂,范行健.中波发射天线的防雷措施J.科技创新与应用,2017(24):63-63,65.第一作者简介：邓楚雄，男，高级工程师，从事广播电视发射技术工作 30余年，主要包括电视、调频和中波发射技术系统的建设与维护工作，现就职于广东省广播电视技术中心。图2 f1和f2两个频率的等效天线匹配网络图3 双工调配网络优化设计模块化图