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        如何設計中波天線匹配網絡

        2022-01-20 13:29:28肖云竹
        電子制作 2021年24期
        關鍵詞:工作頻率串聯并聯

        肖云竹

        (山西省廣播電視局中波臺管理中心,山西太原,030001)

        在中波匹配網絡設計中需要滿足一定的要求,概況起來主要包括如下幾個方面:(1)把天線特性阻抗(復數)通過匹配網絡轉換為饋線的阻抗,同時因為天線的特性阻抗隨季節(jié)或環(huán)境及地質結構方面影響會變化.網絡設計時要盡量減少這種變化以保證發(fā)射機正常穩(wěn)定工作,不會因為天線變化發(fā)射機出現頻繁保護。(2)對本臺其它頻率的相互干擾采取措施,比如吸收網絡,阻塞網絡。(3)解決多頻共塔時頻率之間相互隔離問題.要滿足多個頻率都正常工作,并滿足發(fā)射機工作技術指標要求。(4)調配網絡具有很好的防雷電功能。(5)網絡功率容量要大.中波調配網絡靠自然冷卻,網絡選用元器件要有一定的富裕量。(6)中波調配網絡一般采用兩種高頻器件,一個是電感線圈L,一個是高頻陶瓷電容器C,通過L和C的不同組合來實現阻抗變換。常用的網絡變換形式包括“Г”型、 “T”、“π”等,網絡設計時根據具體情況可以選用不同的網絡形式。(7)要學會網絡設計,必須具有一定高頻知識,在進行網絡設計前,先和大家一起熟悉一下,基本的高頻電路知識,以便很好的進行網絡設計。

        1 高頻線路基本知識

        ■1.1 匹配網絡器件

        感抗: ZL=2×π×f×L,其中:L是電感線圈,工作頻率 f:單位MHz,L:單位:uH, ZL:單位:Ω。

        說明:知道工作頻率及電感大小可以計算出感抗大小。

        電感線圈的電感量大小一般與線圈的口徑大小,圈數多少,及線圈長度有關,功率大小與選用銅管粗細有關,簡單計算:直徑為1mm的銅管最大通過電流為3A。

        ■1.2 電容 C

        說明:知道工作頻率及電容大小可以計算出容抗大小。

        目前網絡電容一般采用陶瓷餅電容器和陶瓷真空電容器,根據功率大小可以選用合適的電容器或電容器組合方式。

        國產陶瓷餅電容器型號如圖1所示。

        圖1

        說明:外形尺寸分為:2.3.4.5 .6 等,數字越大,電容體積越大。

        耐壓分為:20KV/25KV,一般300p和500p電容耐壓為25kv,1000/1500/2000p電容 耐壓為20kV。

        電容量分為:300/500/1000/1500/2000pF。

        需要注意:設計時每個陶瓷餅電容器最大高頻工作電流最好不要超過10A。

        2 串并聯阻抗變換電路

        ■2.1 串聯電路形式及Q值

        串聯電路形式如圖2所示。

        圖2

        RS表示實部,XS表示虛部,其中S表示串聯。

        ■2.2 并聯電路形式及Q值

        并聯電路形式如圖3所示。

        圖3

        ■2.3 串并之間相互轉換

        主要包括兩種轉換:

        3 匹配網絡基本形式

        ■3.1 “Г”型網絡

        主要包括兩種網絡形式正“Г”與倒“Г”型。

        (1)正“Г”網絡形式,如圖4所示。

        圖4

        適用條件:Z2>Z1。

        (2)倒“Г”網絡形式,如圖5所示。

        圖5

        適用條件:Z2<Z1。

        網絡設計計算方法:根據串并聯轉換方法逐級進行計算所用電感和電容的值。原則上匹配用電感值<60μH。其網絡特點為:結構簡單,但當Z1和Z2給定后Q值也就完全確定了,與L和C取值無關系。這種網絡是所有網絡的基礎形式。

        ■3.2 “T”型網絡形式

        “T”型網絡可以看作由2個“Г”串聯而成,如圖6所示。“T”是目前網絡設計中最常用的網絡形式,優(yōu)點:變換形式多樣,便于調試。

        圖6

        “π”型網絡形式如圖7所示。

        圖7

        “π”型網絡也可以看作由2個“Г”串聯而成。其網絡特點為:“T”和“π”的回路效率均可以認為是兩個“Г”網絡回路效率的相乘積。通過選擇不同器件參數,可以調整回路效率和回路濾波度。

        ■3.3 并聯阻塞網絡形式

        雙頻(或多頻)共塔網絡中兩個頻率之間相互阻隔均采用并聯阻塞網絡。網絡器件的選擇有一定規(guī)范值,對網絡工作狀態(tài)影響很大。

        網絡形式如圖8所示。

        圖8

        其中:L和C諧振在要阻塞的工作頻率上。

        設計方法:首先,先選擇C值,再根據上公式就算出L值。進而,阻塞電容取值經驗范圍。

        阻塞電容選取按上述圖9選取時,電容和線圈溫升比較小,即損害小.一般來說 設計時根據器件情況電容可以適當小一些,阻塞效果好。即:電容越小,阻塞度越高,具體計算見相關資料。在此不再重復。

        圖9

        ■3.4 吸收網絡

        作用:吸收另外一個天線對本頻率的干擾,也叫陷波網絡。

        其網絡形式如圖10所示。

        圖10

        說明:圖中L和C1諧振在工作頻率上,對本頻工作沒影響,與C2(或得是電感)串聯諧振在干擾頻率上,因為串聯諧振阻抗為零,所以起到對干擾頻率陷波吸收作用。

        經驗總結:在頻率比較多的電臺,吸收網絡經常使用,一般來說吸收網絡安裝在網絡饋線入口,效果比較好。

        ■3.5 “90°”移相網絡

        其網絡形式如圖11所示。

        圖11

        其特點為:

        (1)選用“T”型網絡,三個壁的抗值相同,極性不同。其中:

        (2)負載開路時,輸入端短路。

        (3)負載短路時,輸入端開路。

        適用情況:

        (1)對帶寬不好的天線,在阻抗匹配時可以選用移相網絡改變負載變化的趨勢,便于進行網絡補償。

        (2)大功率并機時,并機網絡目前均采用”90°”移相網絡。

        4 匹配網絡設計實例及計算過程分析

        以某臺現有10kW雙頻共塔網絡為例,工作頻率:1359kHz和1026kHz,天線為76米標準塔。

        ■4.1 設計調試完工網絡原理圖

        設計調試完工網絡原理圖如圖12所示。

        圖12 網絡原理圖

        ■4.2 該網絡計算過程分析

        圖中L01和C01為預調網絡,目的是把1359kHz和1026kHz兩個頻率阻抗預調在實部基本接近為好,這樣在網絡匹配是a1和a2兩點電壓基本一致,保證阻塞時不會相互串擾。L01和C01并聯諧振在1026kHz上,對1359kHz呈現容性,用并聯轉換成串聯方法可以算出1359kHz一路在a1點阻抗變化為:98-j248,1026kHz一路阻抗不變。同時L01電感同時起到直流瀉放作用,起到防雷作用,C01電容同時隊對雷電中交流成分有瀉放作用也有防雷作用。防雷裝置采用石墨放電裝置,兩個石墨間隙可根據天線電壓大小可以調整,一般調整到5~8mm即可。

        4.2.1 1359 kHz一路分析

        (1)阻塞網絡

        電容選用1500pF,計算電感用16.04μH,該網絡對1359kHz呈現-j182,計算方法如下:

        電感和電容并聯后阻抗:

        B1點 阻 抗:j2 ×π× 1 .359×21 -j1 8 2 +j2 ×π× 3 0 + 98-j248 = 9 8。

        (2)阻抗變換(選用T型網絡)

        再并聯1200PF后C1點阻抗變?yōu)椋?0-j49.8。

        (3)串聯L和C后d1點阻抗為:50Ω

        其中網絡中C11同時起到直流隔離作用,防雷。

        4.2.2 1026 kHz一路分析

        (1)阻塞網絡

        電容選用1300pF,計算電感用10.6μH,該網絡對1026kHz呈現j159.7,計算方法如下:

        圖13

        圖14

        電感和電容并聯后阻抗:

        B2點阻抗:

        (2)阻抗變換(選用T型網絡),再并聯2000PF后C2點阻抗變?yōu)椋?0-j109。

        (3)串聯L和C后d2點阻抗為:50Ω,其中網絡中C21同時起到直流隔離作用,防雷。

        說明:該臺沒有其它頻率,所以整個網絡中沒有設計陷波網絡。

        5 總結

        (1)匹配網絡設計前需要測試天線對應工作頻率的特性阻抗。

        (2)設計是要考慮網絡中每一點的Q值,及每一點的電壓值。目前國內使用的固態(tài)發(fā)射機匹配網絡設計時一般Q值盡量≤3。

        (3)匹配網絡設計時根據臺上情況選擇增加陷波或阻塞網絡,陷波網絡一般接在網絡饋線輸入口。

        (4)匹配網絡中線圈和電容擺放要采用三維布局,減少線圈之間的相互干擾。

        (5)網絡中線圈選用一般選用紫銅管線圈,銅管直徑為H時最大通過電流為3H。例如選用Φ10銅管時,該線圈最大通過電流為30A,超過30A時線圈開始發(fā)熱。每個陶瓷餅電容最大工作電流不得超過10A。

        (6)希望本文對同行有所借鑒。

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