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天調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方式
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全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)的普及應(yīng)用,對天饋線駐波比指標(biāo)提出了更高要求,為了避免事故的發(fā)生,使用了天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。本文根據(jù)筆者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),介紹了中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的工作原理,設(shè)計(jì)時需要參考的公式和計(jì)算方式。
天調(diào)網(wǎng)絡(luò)原理 計(jì)算公式 阻抗匹配原理
全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)由于其高效率和易維護(hù)等特性,在國內(nèi)中波發(fā)射臺逐漸普及,但是其對天饋線駐波比指標(biāo)提出了較高的要求。如果天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的駐波比帶寬較窄,則發(fā)射機(jī)工作時邊帶功率(信號功率,調(diào)幅度100%時為載波功率的50%)反射回發(fā)射機(jī),使發(fā)射機(jī)的反射功率隨調(diào)幅度的變化而變動。當(dāng)反射功率達(dá)到發(fā)射機(jī)保護(hù)門限時導(dǎo)致發(fā)射機(jī)自身保護(hù)降功率,嚴(yán)重時造成發(fā)射機(jī)功率模塊燒毀甚至導(dǎo)致停機(jī)事故的發(fā)生。
為了避免事故的發(fā)生,我們使用了天調(diào)網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)時采用了中波網(wǎng)絡(luò)多級匹配和濾波器設(shè)計(jì)相結(jié)合的技術(shù),滿足天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)要求。多級匹配方法可以解決中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的寬帶化問題,在一定條件下,天調(diào)級數(shù)越多實(shí)現(xiàn)的帶寬也將更寬,天調(diào)的同時加入濾波器的功能,濾波特性可以降低其它頻率對天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的干擾。這種寬帶化天調(diào)技術(shù),不僅能解決中波雙頻(或以上)共塔駐波比帶寬較窄的難題,也將為未來DRM和IB0C等數(shù)字音頻廣播的應(yīng)用提供天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的解決方案。
阻抗匹配在無線電技術(shù)中是一個經(jīng)常碰到的問題,在信息傳輸系統(tǒng)中,不論是高頻還是低頻,阻抗匹配問題均是一個極為重要的環(huán)節(jié),它能使能量得到有效的傳輸,即能使負(fù)載得到最大的有效功率。在天饋線系統(tǒng)中,天線與饋線的良好匹配,可以使發(fā)射機(jī)輸出的高頻能量在饋線中得到最有效的傳輸。所謂阻抗匹配就是將任意一負(fù)載通過一個特殊的網(wǎng)絡(luò),將其轉(zhuǎn)換為某設(shè)備或某電路所要求的特定阻抗,使其獲得最大的能量,達(dá)到最佳的傳輸效果。例如,高頻功率級的前后級的連接,天饋線系統(tǒng)與無線電設(shè)備的連接,及各種不同阻抗值的設(shè)備與系統(tǒng)的連接,均要涉及到阻抗匹配的原理。
中波天線的作用是將發(fā)射機(jī)饋給的高頻電能轉(zhuǎn)化為向空間輻射的電磁能。天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的作用是把天線對發(fā)射頻率呈現(xiàn)的輸入阻抗匹配到發(fā)射機(jī)的輸出阻抗,使整個天線系統(tǒng)達(dá)到匹配。當(dāng)天線與發(fā)射機(jī)達(dá)到良好的匹配后,具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)天線將獲得最大的不失真的高頻功率,并將最大程度輻射到空間;
(2)保證了發(fā)射機(jī)和整個系統(tǒng)的運(yùn)行安全。即使系統(tǒng)處于近似行波狀態(tài),反射功率最小,幾乎無駐波電壓出現(xiàn)也不會產(chǎn)生駐波所引起的異常高電壓,使系統(tǒng)安全地運(yùn)行;
(3)由于系統(tǒng)無反射,良好的匹配能使系統(tǒng)高效地傳輸能量。
2.1 天線天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)
天線天調(diào)網(wǎng)絡(luò)主要使用的器件就是電感和電容。電感的阻抗叫做感抗,電容的阻抗叫做容抗。
電容的容抗由下式計(jì)算為:
2.2 串、并聯(lián)電路相互等效轉(zhuǎn)換的原理及其換算公式
并聯(lián)電路如圖1所示,即電阻RP和電抗XP相并聯(lián),其電抗XP可以是容抗,也可以是感抗,此處暫定XP為感抗予以說明。
圖1 并聯(lián)電路
由圖1知:
由(2)式可以看出Zp為實(shí)部和虛部串聯(lián)組成,設(shè)實(shí)部為RS,虛部為XS,則(2)式為:
由(3)式可得圖2電路,同時圖2與圖1等效。
圖2
由以上推導(dǎo)可知:
將RP和XP代入品質(zhì)因數(shù)公式得:
總結(jié)以上推導(dǎo)結(jié)果,得到如下串并聯(lián)相互轉(zhuǎn)換公式:
2.3 阻抗匹配的方法及網(wǎng)絡(luò)計(jì)算公式
根據(jù)以上串、并聯(lián)相互轉(zhuǎn)換公式,可以推導(dǎo)出任一匹配網(wǎng)絡(luò)或阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的通用公式,例如,現(xiàn)有兩只不同的電阻RS和RP(RS<RP),若使此二電阻彼此配接,需在RS和RP之間加一阻抗變換器四端網(wǎng)絡(luò),使此變換網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出阻抗分別等于RS和RP,即可使其達(dá)到彼此匹配之目的。此網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)通常采用簡單的倒Γ形式,由兩個相反的電抗組成,串臂接在阻值相對小的一邊,并臂接在阻值相對大的一邊。如圖3所示,現(xiàn)已知RP和RS,且RP>RS。
圖3
求圖3網(wǎng)絡(luò)中XS和XP,根據(jù)以上串并聯(lián)相互轉(zhuǎn)換公式先求出網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)因數(shù):
因?yàn)閄S和XP只有采用相反的電抗,才能使網(wǎng)絡(luò)兩端達(dá)到匹配。所以,將符號考慮進(jìn)去得到:
當(dāng)XS為感抗時,XP為容抗;反之當(dāng)XS為容抗時,XP應(yīng)為感抗。
610臺現(xiàn)有六個工作頻率,分別為990KHz、1143KHz、882KHz和603KHz,功率均為10KW;675KHz和 1458KHz功率為 50KW。882KHz和603KHz為雙頻共塔,675KHz和1458KHz為雙頻共塔,990KHz為單頻單塔,1143KHz為單頻單塔。天線高度均為76米拉線塔。根據(jù)理論計(jì)算公式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),如圖4、5、6所示。
圖4 1143khz網(wǎng)絡(luò)圖
圖5 882khz與603khz網(wǎng)絡(luò)圖
圖6 990KHz網(wǎng)絡(luò)圖
審稿人:嚴(yán)志剛 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局包頭廣播發(fā)射中心臺 正高級工程師
責(zé)任編輯:王學(xué)敏
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2096-0751(2016)12-0024-03
滿都呼 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺 工程師