摘要：在中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，需要根據(jù)電路設(shè)計來正確選擇電感線徑和電容極限參數(shù)。對于多頻共塔網(wǎng)絡(luò)，情況要復(fù)雜一些。本文介紹一種天調(diào)網(wǎng)絡(luò)額定參數(shù)的快速算法，并重點介紹經(jīng)大量實踐檢驗過的關(guān)于電感線徑選擇的精算方法及其理論依據(jù)，還對多頻共塔下元件極限參數(shù)的選擇提供了合理算法。

關(guān)鍵詞：中波;天調(diào)網(wǎng)絡(luò);中波多頻共塔;電感線徑

中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計過程中，無論用手工計算或使用仿真軟件輔助設(shè)計，當(dāng)最后電路確定下來以后，只是其中的電感量L和電容容量C確定了，緊接著還要計算所有網(wǎng)絡(luò)元件的額定參數(shù)。其中電容元件還要計算出額定耐壓和虛功率;電感元件需要計算出兩端額定對地電壓和流過的額定電流。電感兩端額定電壓用來確定實際電感元件的絕緣工藝要求，即對地的最小距離和支架材料的絕緣能力要求，而額定電流用來決定電感線圈的線徑粗細(xì)。

電路中元件（電容或電感）的額定參數(shù)：指在特定電路中，在給定額定載波頻率、載波功率和最大調(diào)幅度下元件所承受的電流、電壓、虛功率等參數(shù)值。

電容元件的極限參數(shù)：包括極限耐壓和極限虛功率，指其所能耐受的極限值，出廠時就決定了的參數(shù)。

電感元件的極限參數(shù)：包括對地耐壓極限值和高頻電流（有效值）極限值。

原則上說，實際選擇所需的電感電容元件極限參數(shù)時，要優(yōu)于電路中計算出來的額定參數(shù)，并留有余量。

那么究竟電感的線徑粗細(xì)與其額定電流是什么關(guān)系？在多頻共塔的情況下，公共部分元件的額定參數(shù)如何計算？公共電感同時流過不同頻率且不同幅度的高頻額定電流，電感線徑又該如何選擇？以下將詳細(xì)介紹天調(diào)網(wǎng)絡(luò)額定參數(shù)的快速算法，以及確定電感線徑的精確計算方法和理論依據(jù)。

一、單頻率下中波網(wǎng)絡(luò)中的額定參數(shù)計算方法

1、網(wǎng)絡(luò)中完整斷面的通過電流計算

上圖是天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的局部電路示意。

良好設(shè)計的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，效率很容易達(dá)到90%以上，所以計算參數(shù)時可以先忽略元件損耗。那么，根據(jù)能量守恒定律，從發(fā)射機(jī)輸出的功率在經(jīng)過圖中的A、B、C、D等完整斷面時，功率大小沒有變化。但經(jīng)過圖中P、K等斷面時，功率不會等于發(fā)射機(jī)輸出功率，因為P、K不是完整斷面，它們只是發(fā)射能量流的一個支流。

對于電路中的完整斷點，因為阻抗的虛部只起吞吐功率和調(diào)整相位的作用，是不損耗能量的，所以只要知道該點（斷開發(fā)射機(jī)側(cè)的電路以后）向天線看過去的阻抗實部和發(fā)射機(jī)額定載波功率，就能得到流過該斷點的電流有效值。以A點為例，設(shè)其向天線看過去的阻抗為ZARAjX A，則

●??? 通過A點的電流有效值為

上式是考慮了100%調(diào)幅度下通過A點支路電流的有效值，該參數(shù)用于為支路中的電感元件提供額定電流標(biāo)準(zhǔn)值，以及為支路中的電容元件計算最大虛功率時的電流數(shù)值。

●??? A點對地電壓有效值為

調(diào)幅下，載波狀態(tài)下減半），該參數(shù)為處于A點的支撐架對地絕緣要求提供極限電壓參考。

●??? A點對地電壓最大峰值為

以上計算式中的系數(shù)“1.5”，是考慮到100%調(diào)幅度時的平均功率;如果只考慮載波狀態(tài)下，則該系數(shù)為“1”。

注意到A點對地的峰值電壓與有效值電壓并非相差√2倍，因為調(diào)幅波并非等幅的正弦波。

2、網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)支路的電流計算

如圖1 中的K點，其通過電流的計算不能用完整斷面的方法直接計算。但可以用間接方法，先計算出與其等電位的完整斷點（如C、D）的對地有效值電壓，然后除以該支路的電抗值，就得到了該支路的電流有效值。

3、網(wǎng)絡(luò)中阻塞單元元件電流的計算

圖2 中，L、C組成的阻塞單元其阻塞的頻率是fT，但在通道本頻f0的激勵下會流過電流IL、IC，如圖中所示。圖中的干路電流I可以用前述的完整斷面法求出。以下是阻塞單元元件電流計算過程：

從以上IL、IC計算式中可以看到，阻塞單元中的電流大小與元件參數(shù)無關(guān)，只與阻塞頻率與本頻頻率之比及干路電流有關(guān)。同時，I前面的系數(shù)可能得到負(fù)數(shù)值，那只是說明該電流的瞬時相位與圖中所示相反而已。

4、電感兩端之間額定電壓計算（單頻激勵）

單頻激勵下，應(yīng)先計算出電感元件在該頻率的載波狀態(tài)下的電流有效值IL0，然后乘上其電抗值得到載波狀態(tài)下的電壓有效值，其1.414倍為

電壓峰值，再乘2 得到100%調(diào)制度下的電感兩端額定電壓值UL：

5、電容元件額定耐壓和虛功率的計算

網(wǎng)絡(luò)調(diào)配電容元件除了電容量外，還有兩個參數(shù)：額定耐壓和虛功率（伏安量）。

電容額定耐壓參數(shù)計算：先求出載波狀態(tài)下流過電容的電流有效值，再乘該電容的容抗值（在給定頻率下），最后乘上2.83倍得到100%調(diào)制下??? 電容兩端的額定電壓——

電容虛功率的計算：100%調(diào)制下的電容吞吐功率（虛功率），為載波狀態(tài)下吞吐功率的1.5倍——

三、單頻率激勵下網(wǎng)絡(luò)電感的電流有效值與線徑關(guān)系精確算法

電感元件能承受多大的高頻電流，不僅與線徑大小有關(guān)，還與信號頻率、線圈體積有關(guān)，而且與天調(diào)室的尺寸和外墻對陽光的吸收率等外部吸、散熱環(huán)境有關(guān)。由于高頻趨膚效應(yīng)的存在，在同樣線徑的電感中流過同樣大小的電流情況下，中波最高頻率（1605kHz）與最低頻率（535kHz）所產(chǎn)生的熱量之比為1.73倍。

電感元件之所以承受電流有個極限，究其原因就是高頻電流流過線圈時會發(fā)熱，使線圈溫度上升，如果不加限制，溫升會造成災(zāi)難性后果，例如使元件變形而改變原來的電感量、加速銅管氧化、燒毀支撐膠木板等等。

因此，有必要引入一個參數(shù)來衡量高頻電流所導(dǎo)致的電感發(fā)熱程度，那就是熱功率密度W——單位電感線圈表面積的發(fā)熱功率。并設(shè)W0為臨界熱功率密度，只要熱功率密度超過了W0，就認(rèn)為高頻電流超限了。從這一概念出發(fā)，計算過程如下：

上式表明，電感線圈的高頻電流限值，與線圈直徑成正比，與頻率的四次方根成反比。

設(shè)在頻率F0下，線徑為D0的電感線圈其電流限值為I0，則

以下是一組經(jīng)反復(fù)實際試驗所取得的經(jīng)驗值（天調(diào)室不小于15立方米空間，全密封）：

其中D的單位：mm，F(xiàn)的單位：kHz，I的單位：A

根據(jù)上式，我們可以很方便地計算出，在給定線徑D下各個頻率點所允許的極限電流數(shù)值。

四、多頻共塔中的通道隔離阻塞單元和公共預(yù)調(diào)部分的元件極限參數(shù)選擇

多頻共塔中，免不了要使用通道隔離阻塞單元。這些阻塞單元中，主要流過兩種不同頻率的電流：一是所在通道的本頻電流，一是所阻塞的頻率在天線端的電壓全部加在其上（其它電路部分的分壓可以忽略）所引起的電流。換句話說，每個通道中，來自其它共塔頻率的電壓都幾乎由該通道中對應(yīng)的阻塞單元全部承擔(dān)。

另外，公共部分（預(yù)調(diào)）的元件也是同時流過不同頻率的高頻電流。

這些同一個電抗元件同時流過不同頻率高頻電流的情況，其極限參數(shù)該如何選擇呢？

1、電容元件在多頻率激勵下的極限參數(shù)選擇極限耐壓選擇：UCMUC1UC2 UCN

其中UC1、UC2等等是各個激勵頻率單獨計算時對應(yīng)的額定耐壓值。

電容元件的極限耐壓值，要大于所有頻率共同激勵下的最大疊加值。極限虛功率選擇：PCMPC1PC2?????? PCN

其中PC1、PC2等等是各個激勵頻率單獨計算時對應(yīng)的額定虛功率值。

電容元件的極限虛功率值，要大于所有頻率共同激勵下的最大疊加值。

2、電感元件在多頻率激勵下的極限電流選擇

多頻率激勵下電感元件的總額定電流，不能像耐壓和虛功率那樣直接由各個頻率單獨激勵下的額定數(shù)值相加得到。

耐壓限值來源于絕緣能力的限制，而電流限值來源于發(fā)熱功率的限制。因此，多頻率激勵下對總電流額定值的影響，只能在發(fā)熱功率上疊加，而不是直接的電流相加。實際上，發(fā)熱功率是與電流的平方成正比，而不是簡單的線性關(guān)系。

之前我們討論了單頻率激勵下電感的發(fā)熱量計算，并因此導(dǎo)出了電感電流限值的精確算法。不同頻率的信號電流都在電感上產(chǎn)生了熱功率的貢獻(xiàn)，只要所有的熱功率貢獻(xiàn)之和不超過電感元件的熱功率限值，就不會產(chǎn)生電感過熱問題。在這一原則下，電感在多信號激勵下不過熱的條件如下：

電感元件在第N個頻率信號單獨激勵下的額定電流有效值，從設(shè)計圖上計算出來。

電感元件在第N個頻率信號單獨激勵下的電流限值，計算方法如前述。

上式左邊各項，實際上是各頻率信號所貢獻(xiàn)的熱功率在電感元件所允許的最大熱功率限值中的占比。各電流以平方形式計算，是因為熱功率與線圈的熱損耗電阻成正比，同時與流過電流的平方成正比。

根據(jù)前述，選擇電感元件的極限電流實際上就是選擇電感線圈的線徑。實際操作上，就是先計算出所有頻率單獨激勵下的額定電流有效值，然后選擇一個較小的線徑計算出在所有需要頻率下的電流限值，如果不能滿足條件，則加大線徑重新計算直到滿足條件為止。

作者簡介：

何連成（1965-）男，漢，福建廈門，本科，電子專業(yè)高級工程師，廈門廣電集團(tuán)首席工程師，主要研究方向：中波廣播發(fā)射、自動化控制。