天調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方式

2016-02-22 07:05:55滿都呼

數(shù)字傳媒研究 2016年12期

關(guān)鍵詞：阻抗匹配電抗中波

滿都呼

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局610臺(tái) 內(nèi)蒙古呼和浩特市 010050

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(duì)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(shí)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

1 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)說明

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(tái)逐漸普及，但是其對(duì)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(shí)邊帶功率（信號(hào)功率，調(diào)幅度100%時(shí)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(dòng)。當(dāng)反射功率達(dá)到發(fā)射機(jī)保護(hù)門限時(shí)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)自身保護(hù)降功率，嚴(yán)重時(shí)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(shí)采用了中波網(wǎng)絡(luò)多級(jí)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(jí)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(jí)數(shù)越多實(shí)現(xiàn)的帶寬也將更寬，天調(diào)的同時(shí)加入濾波器的功能，濾波特性可以降低其它頻率對(duì)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。

2 理論依據(jù)及計(jì)算方式

阻抗匹配在無線電技術(shù)中是一個(gè)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(gè)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(gè)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(jí)的前后級(jí)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(duì)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(gè)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(gè)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(huì)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(shí)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(gè)相反的電抗組成，串臂接在阻值相對(duì)小的一邊，并臂接在阻值相對(duì)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(hào)考慮進(jìn)去得到：

當(dāng)XS為感抗時(shí)，XP為容抗；反之當(dāng)XS為容抗時(shí)，XP應(yīng)為感抗。

3 610臺(tái)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

610臺(tái)現(xiàn)有六個(gè)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。