鄭小波

（作者單位：浙江省中波發(fā)射管理中心）

1 現(xiàn)狀及存在的問題

浙江省中波發(fā)射管理中心下屬平陽廣播轉(zhuǎn)播臺現(xiàn)有4 座絕緣自立式中波發(fā)射天線，呈四邊形布局，天線各塔體間距較近（約160 m 左右），其中2 號塔高102 m，發(fā)射頻率為810 kHz+1359 kHz，發(fā)射功率均為10 kW，調(diào)配室面積為3 m×3 m×2.7 m，主饋線型號為SD-50-37；4 號塔為76 m 頂負(fù)荷絕緣自立式中波發(fā)射天線，發(fā)射頻率為846 kHz+1053 kHz，發(fā)射功率均為1 kW，臺內(nèi)另有兩座中波天線采用三頻共塔發(fā)射，功率為：1 kW+1 kW+1 kW，天線高度分別為76 m 和102 m 三頻共塔播出：603 kHz+900 kHz+1251 kHz 和747 kHz+1143 kHz+1521 kHz。

由于臺內(nèi)現(xiàn)同時發(fā)射10 個頻率，2 個10 kW，8個1 kW，發(fā)射總功率為28 kW。臺內(nèi)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)主要存在以下兩個問題：

（1）相互干擾：在所有發(fā)射頻點(diǎn)中，810 kHz 與846 kHz 的頻率間隔僅為36 kHz，當(dāng)早晚溫差變化較大時，頻率漂移造成頻率間相互干擾，最嚴(yán)重情況下直接導(dǎo)致早班無法開機(jī)，嚴(yán)重影響安全播出。

（2）損耗大，效率低：原系統(tǒng)中波匹配網(wǎng)絡(luò)損耗是0.5 dB，效率為89.13%，全臺10 個頻率，28 kW(其中8 臺 1kW，2 臺 10kW)，等效于總功率損失：28-（0.8913×8 ＋0.8913×2×10）=3.0436 kW。

2 問題原因分析

發(fā)射頻點(diǎn)中，810 kHz 與846 kHz 的頻率間隔僅為36 kHz，對于頻率間隔僅為36 kHz 的頻率之間的相互干擾，若采用常規(guī)的陷波吸收網(wǎng)絡(luò)，會嚴(yán)重降低其工作頻率的工作帶寬，并嚴(yán)重?fù)p耗工作頻率的傳輸效率。而一個工作頻率的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)要解決對其他多個頻率的干擾，需要增加多個陷波吸收網(wǎng)絡(luò)，且這樣也會使天調(diào)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化。為更好地解決頻率干擾問題，我們選用復(fù)合阻塞網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電磁雙耦合，采用串、并聯(lián)雙調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決上述難題。

原中波匹配網(wǎng)絡(luò)為簡單T 形耦合網(wǎng)絡(luò)，頻率特性為梯形狀，且斜率較大。匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容電感器件未考慮溫度特性，致電感量和電容量參數(shù)變化較大，引起帶外特性變差，尤其當(dāng)兩個相鄰頻率間隔較近時，溫度的變化使梯形的斜率延伸更遠(yuǎn)，兩個頻率的干擾重合點(diǎn)上升。載干比由A 變?yōu)锽 后，載干比變小，造成相鄰頻率的干擾現(xiàn)象，如圖1 所示。

圖1 載干比相鄰頻率干擾示意圖

3 解決方案

3.1 電磁雙耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

設(shè)計兩條支路（見圖2），上端的支路諧振于846 kHz 上，前面三個并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對810 kHz 及其他頻率形成高阻抗，有-20 dB 的衰減阻塞作用。下端的支路諧振于810 kHz 上，對846 kHz 及其他頻率形成高阻抗，有-21 dB 的衰減阻塞作用。這樣的復(fù)合阻塞網(wǎng)絡(luò)可以有效解決810 kHz 和846 kHz 的相互干擾，又能讓846 kHz 和810 kHz 幾乎無損耗傳輸，以保證846 kHz 和810 kHz 天饋系統(tǒng)高效滿功率傳輸發(fā)射。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)既讓846 kHz 和810 kHz 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)與主饋管50 Ω 阻抗完全匹配，與常規(guī)傳統(tǒng)的單回路匹配網(wǎng)絡(luò)相比，帶外抑制度大大提高。由于該網(wǎng)絡(luò)的駐波比呈“U”型曲線，帶內(nèi)的衰減特性大大降低。

圖2 電磁雙耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計圖

并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)理論上對阻塞頻率呈現(xiàn)大的阻抗，并阻止該頻率通過，且對通過頻率有電抗；串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)一端接地，對阻塞頻率的阻抗較小，提供通地的旁路，對通過頻率也有電抗。復(fù)合網(wǎng)絡(luò)充分吸收了并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能展寬帶寬，以及具有高增益的特點(diǎn)。尤其在工程中電感器件采用了低溫度頻率特性的無氧銅材料及真空介質(zhì)電容，所用元器件承受的功率容量均增加一倍以上，同時采用串、并聯(lián)方式進(jìn)行分流、分壓處理，使得整個調(diào)配網(wǎng)絡(luò)能承受的功率容量大大高于要求。配合對電感值和電容值的優(yōu)化設(shè)計以及測量儀器的精度調(diào)整，使頻率特性幾乎接近矩形。通過這樣的阻抗變換后適當(dāng)均衡了這兩個頻率的實(shí)部阻抗，使這兩個頻率的兩頻共塔發(fā)射的阻塞網(wǎng)絡(luò)的阻塞損耗都在可用范圍內(nèi)，從而優(yōu)化整個天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，使臺內(nèi)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)更高效安全的播出。

3.2 元器件的選擇

由于在計算元器件參數(shù)值時，沒有考慮一些電感及分布電容技術(shù)參數(shù)等，此時的匹配網(wǎng)絡(luò)一般還不能使得天線與饋線特性阻抗完全匹配，還必須微調(diào)相關(guān)元器件參數(shù)值，直至駐波比達(dá)到最小 VSWR ≤1.05，所以廣播工程中實(shí)際選用的元器件值應(yīng)該比計算值大一些，電感、電容和功率容量也要有一定的余量，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)工作才能比較安全，特別是電感線圈，要留有20%～30%的富余量以利調(diào)試。

電感線圈的直徑按3 A/lmm（3A*Ф）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選取，Ф 為電感線圏的內(nèi)徑。一般而言，在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，電感線圈的電流盡可能不超過100 A，即電感線圈的直徑不超過40 mm，否則占用較大的空間，會給安裝工作帶來一定的不便。

在電容選擇時，我們選用真空陶瓷電容，真空陶瓷電容具有耐壓高、體積小、損耗低、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

（1）真空的絕緣強(qiáng)度高，且真空電容器具有極大的額定電壓值，其容量及耐壓等技術(shù)參數(shù)受溫度和環(huán)境的影響較小，性能穩(wěn)定，能使調(diào)配網(wǎng)絡(luò)工作更加穩(wěn)定。

（2）由于電容器以真空為介質(zhì)，并采用低損耗的絕緣外殼和無氧銅電極結(jié)構(gòu)，對通過的高頻信號損耗較低，可以承載更大的射頻電流及功率。

（3）相較于給定的電容量和額定電壓值，真空電容器與其他電容器所占的空間最小。

（4）真空電容器能承受較大的電壓和電流，在遭遇雷擊引起的高電壓、高電流時，可以起到保護(hù)其他零件的作用。

3.3 安裝工藝

電容器安裝工藝：大功率使用真空型固定電容器安裝前要進(jìn)行耐壓試驗，必須正確連接真空可調(diào)電容器的高壓端與接地端，可調(diào)動片必須接地，電容器的陶瓷部分應(yīng)用酒精或四氯化碳擦拭干凈。安裝電容器前，應(yīng)根據(jù)其耐壓程度，用250 V、500 V、2500 V 搖表進(jìn)行絕緣測試。

電感線圈安裝工藝：線圈間的距離要均勻，電動、手動機(jī)構(gòu)要靈活，短路接點(diǎn)與滑動觸頭要確保緊密接觸。

3.4 網(wǎng)絡(luò)分析儀操作

為確保測試結(jié)果的精度可靠，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，本次測試選用了精度較高的進(jìn)口安捷倫E5052A 儀器進(jìn)行測量。

3.4.1 設(shè)置

設(shè)置系統(tǒng)特性阻抗Z0：按Cal 按鈕后再按SetZ0，輸入特性阻抗。

設(shè)置掃描范圍：通過按Channel Next 或Channel Prev 鍵設(shè)置掃描范圍通道。按Start，輸入最小值，按Stop，輸入最大值，來設(shè)置最大頻率值和最小頻率值；按Center，輸入中心值，按Span，輸入跨度值，來設(shè)置中心頻率值和span(跨度值)。并在設(shè)置好掃描范圍后，通過軌跡上的標(biāo)記點(diǎn)改變最大頻率值、最小頻率值或中心頻率值，即在需要改變掃描范圍的通道窗口內(nèi)，將當(dāng)前激活的標(biāo)記點(diǎn)置于軌跡上新掃描范圍對應(yīng)的點(diǎn)，按Marker Fctn 鍵選擇對應(yīng)值，按Channel Next 或Channel Prev 選擇需要設(shè)置固定頻率的通道，按Sweep Setup，Power，CW Freq，輸入固定頻率值。

3.4.2 校準(zhǔn)

校準(zhǔn)過程應(yīng)使用誤差模型以消除多個系統(tǒng)誤差。通過測量高精度的SOLT 校準(zhǔn)件，矢網(wǎng)可以算出誤差模型中的12 個誤差項。校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性取決于標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件的質(zhì)量以及校準(zhǔn)套件定義kit 文件中對校準(zhǔn)件標(biāo)定的寄生參數(shù)模型的準(zhǔn)確性；使用電子校準(zhǔn)件校準(zhǔn)，校準(zhǔn)件寄生參數(shù)都固化在校準(zhǔn)件內(nèi)存中，即插即用。

3.4.3 指標(biāo)測量

校準(zhǔn)完后，可接上一個良好的直通件，觀察各4項s 參數(shù)幅度和相位是否準(zhǔn)確，是否比較好的集中在smith 圓圖50ohm 處，如果有異常說明校準(zhǔn)有較大的誤差需檢查測試環(huán)境后再次校準(zhǔn)，直到驗證通過后方可對DUT 進(jìn)行準(zhǔn)確測量。

3.4.4 保存數(shù)據(jù)

確認(rèn)數(shù)據(jù)無誤后，按指定要求保存數(shù)據(jù)，完成測試。

4 驗證

4.1 頻率特性問題

在中波網(wǎng)絡(luò)調(diào)配室采用加熱辦法，使環(huán)境溫度變化20℃，用頻譜儀測量頻率特性，匹配網(wǎng)絡(luò)的中心頻率846 kHz 和810 kHz 漂移分別小于0.5 kHz 和0.48 kHz。帶外頻譜（傾斜部分）不相交，即載干比溫度不再因溫度漂移而下降。

4.2 損耗和效率問題

為了模擬在發(fā)射功率滿載情況下，可采用環(huán)境溫度加熱的辦法，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量其損耗及變化。如圖3，電磁雙耦合的插入損耗為0.33 dB。變化率小于1%。如果按28 kW 計算，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)效率為93%，總損耗為1.96 kW。

圖3

5 結(jié)語

由于采用了電磁雙耦合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及選用了低溫度頻率特性的無氧銅材料及真空介質(zhì)電容，所用元器件承受的功率容量均增加一倍以上，同時采用串并聯(lián)方式進(jìn)行分流、分壓處理，使得整個調(diào)配網(wǎng)絡(luò)能承受的功率容量大大提高。配合專業(yè)軟件對電感值和電容值的優(yōu)化設(shè)計以及測量儀器的精度調(diào)整，使頻率特性幾乎接近矩形，能解決因環(huán)境溫度變化而使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生溫度漂移的問題，還可使調(diào)配網(wǎng)絡(luò)工作更穩(wěn)，網(wǎng)絡(luò)損耗更小，提升了功率效益，強(qiáng)化了安全播出保障能力。