余 劍

（浙江省中波發(fā)射管理中心開化廣播轉(zhuǎn)播臺，浙江 衢州 324300）

0 引 言

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，中波廣播的天調(diào)網(wǎng)絡技術也有不同程度的發(fā)展和改進。就中波轉(zhuǎn)播臺而言，目前普遍面臨的現(xiàn)狀是土地資源緊張、天線種類多、發(fā)射頻率高、發(fā)射功率大，因而大多數(shù)發(fā)射天線在雙頻或三頻共塔狀態(tài)下工作。由于發(fā)射頻率高、鄰頻干擾大，無疑增加了天調(diào)網(wǎng)絡的設計難度。傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡計算復雜，元器件數(shù)量多，調(diào)試精確度和元件等級標準要求高，局部改進空間小，網(wǎng)絡工作的穩(wěn)定性和傳輸效率不是很理想。基于上述情況，同時遵照《廣播電視安全播出管理規(guī)定》無線發(fā)射臺實施細則第十一條規(guī)定，《中、短波廣播天饋線系統(tǒng)安裝工程施工及驗收標準》（GY/T 5057—2020）的規(guī)定，中、短波宜采用雙調(diào)配網(wǎng)絡結(jié)構，并配備相應的倒換裝置。筆者所在單位開化廣播轉(zhuǎn)播臺技術人員經(jīng)過市場考察、技術研判，參考已有發(fā)射臺成功的經(jīng)驗，采用雙調(diào)諧方式，對原有兩個雙頻共塔系統(tǒng)進行了升級改造，在原有調(diào)配網(wǎng)絡的基礎上增加了兩套雙調(diào)諧共塔調(diào)配網(wǎng)絡，并增加了一套主、備切換系統(tǒng)，正常情況下使用主用網(wǎng)絡，當主用網(wǎng)絡出現(xiàn)故障，通過切換系統(tǒng)切換為雙調(diào)諧網(wǎng)絡[1]。

1 新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡

1.1 雙調(diào)諧網(wǎng)絡技術的特點

雙調(diào)諧網(wǎng)絡為新型調(diào)諧網(wǎng)絡，可以說是今后中波天饋線調(diào)配網(wǎng)絡發(fā)展的方向。雙調(diào)諧網(wǎng)絡采用臥式耦合線圈，耦合度高，改善了信號輸出的線性度，提高了網(wǎng)絡的匹配帶寬。網(wǎng)絡的前端和末端均由線圈直接接地，使整個系統(tǒng)的防雷效果更好。由于整個系統(tǒng)的濾波效果好，不需要增加吸收網(wǎng)絡和阻塞來消除各頻率之間的干擾。由于網(wǎng)絡簡單、使用元件少，雙調(diào)諧網(wǎng)絡的價格較便宜[2]。

1.2 傳統(tǒng)調(diào)諧網(wǎng)絡與新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡的對比

傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡的優(yōu)點是方案成熟、設計簡單、調(diào)試簡單，缺點是防雷性能差、帶寬窄、工作不穩(wěn)定、發(fā)熱量大、駐波較大、使用元件多，價格較貴。圖1（a）、圖1（b）分別是傳統(tǒng)單頻調(diào)諧網(wǎng)絡原理和實物裝配圖。

圖1 傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡

新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡的優(yōu)點是防雷性能好、頻帶寬、網(wǎng)絡簡單、使用元件少，價格較便宜。饋管芯線與地線隔離，完全避免了直擊雷入侵后放電球短路造成發(fā)射機損壞的事故；利用高頻變壓器阻抗變換原理實現(xiàn)天線與饋管阻抗匹配，省略了傳統(tǒng)調(diào)配網(wǎng)絡的匹配單元；利用雙調(diào)諧回路選頻功能濾除其他發(fā)射頻率的干擾，省略了傳統(tǒng)網(wǎng)絡的吸收（陷波）網(wǎng)絡和阻塞網(wǎng)絡。缺點是調(diào)試比較麻煩。圖2（a）、圖2（b）分別為新型單頻雙調(diào)諧網(wǎng)絡的原理圖和實物裝配圖[3]。

圖2 新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡

1.3 新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡的工作原理

圖2（a）中，C1、L1組成信號源（發(fā)射機）端并聯(lián)諧振電路，諧振頻率為發(fā)射機工作頻率；箭頭為可調(diào)線圈連接點，目的是通過調(diào)整實現(xiàn)諧振網(wǎng)絡與發(fā)射機饋管阻抗的匹配。C2、L2組成負載（天線）端并聯(lián)諧振電路，諧振頻率為發(fā)射頻率。通過調(diào)整線圈位置，可以實現(xiàn)匹配網(wǎng)絡與天線輸入阻抗的匹配。為了保證兩個諧振網(wǎng)絡相位一致，圖2（a）中1、3為同相位，2、4為同相位。M為兩個調(diào)諧線圈的間距。間距不同，技術參數(shù)有所不同。

新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡利用的是頻率共振原理，類似于現(xiàn)在的無線充電原理，與變壓器耦合原理稍有不同。共振耦合效應的原理可以用簡諧振動的概念來解釋。簡諧振動是指物體在一個固定位置附近做周期性的振動時，它們會相互影響并改變彼此的振動狀態(tài)。如果它們的振動頻率相同或接近，它們就會發(fā)生共振，振幅增大，能量傳遞效率提高。諧振電路可以通過共振耦合效應來實現(xiàn)高品質(zhì)因數(shù)和高頻率的振蕩。諧振可以通過改變電容和電感的參數(shù)來實現(xiàn)[4]。

1.4 新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡設計

筆者所在的中波轉(zhuǎn)播臺原有兩臺PDM 1 kW發(fā)射機，發(fā)射頻率分別為531 kHz和756 kHz，采用雙頻共塔方式工作，發(fā)射天線為76 m桅桿式拉線天線。根據(jù)發(fā)射機功率、頻率間隔、饋管阻抗和天線輸入阻抗等因素，本文分別設計了兩套雙調(diào)諧網(wǎng)絡[5]。

1.5 元器件的選擇

電容一般選耐壓20 kV以上、功率90 kVA以上的高頻瓷質(zhì)電容或桶型電容。由于發(fā)射機功率大，考慮到功率冗余量問題，電容最好由多個電容按照串、并聯(lián)的方式組合而成。電容選用1 000 pF、1 500 pF和3 000 pF這3種規(guī)格。電感電流通常以線的橫截面周長決定，周長30 mm相當于電流30 A。一般10 kW發(fā)射功率全部用50 A的電流就足夠，也就是說采用粗銅管繞制的線圈。如果發(fā)射功率為1 kW以下，可采用小型扁銅繞制的線圈。為了方便調(diào)整，全部電感選用50 A、35 μH的大型線圈。

1.6 新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡安裝

為了節(jié)省開支，雙調(diào)諧網(wǎng)絡和網(wǎng)絡架全部由開化廣播轉(zhuǎn)播臺本單位技術人員自己安裝，圖3所示為網(wǎng)絡架及制作網(wǎng)絡架所需材料。焊錫用于焊接接地銅皮，鋁合金堵頭用于鋁合金線管末端裝飾保護，環(huán)氧樹脂板用于安裝電感、電容、絕緣子和銅皮，標準鋁合金型材用于制作網(wǎng)絡骨架，雙孔拐角用于連接標準鋁合金型材。另外，用于電感調(diào)整的短路夾子和各種螺絲、螺母、墊片，需要單獨購買。

圖3 新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡安裝裝配圖和安裝配件

1.7 新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡調(diào)試

新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡最大的工程量就是網(wǎng)絡的調(diào)整。網(wǎng)絡調(diào)整需要使用中波專用電橋、網(wǎng)絡分析儀和假負載等設備。另外，網(wǎng)絡調(diào)整需要技術人員具備一定的網(wǎng)絡調(diào)整經(jīng)驗，并且會使用儀器對調(diào)配網(wǎng)絡進行測量分析[6]。

網(wǎng)絡調(diào)整的第一步是實現(xiàn)雙調(diào)諧網(wǎng)絡諧振頻率的同步，按照并聯(lián)諧振計算公式，計算出所需電感電容的大小。單從諧振公式來看，只要能夠諧振，電感、電容的取值范圍可以很大，這對于純電阻性負載來說沒問題，但考慮到發(fā)射天線輸入阻抗是一個復數(shù)，既有實部也有虛部，虛部又分感性阻抗和容性阻抗，因此，在調(diào)整雙調(diào)諧網(wǎng)絡時，既不能呈現(xiàn)較大感性，也不能呈現(xiàn)較大的容性?？紤]到這一點，技術人員請相關方面的專家，通過綜合考慮和計算，得出531 kHz和756 kHz兩個頻率雙調(diào)諧網(wǎng)絡L、C元件的數(shù)值如下：531 kHz雙調(diào)諧網(wǎng)絡中，電感L1為44.9 μH，電容C1為2 000 pF；756 kHz雙調(diào)諧網(wǎng)絡中，電感L1為29.57 μH，電容C1為1 500 pF。

確定元件數(shù)值后，進行安裝調(diào)整。首先進行諧振同步調(diào)整。一般電容值是固定的，無法調(diào)整，對此，可以通過多種規(guī)格的電容串、并聯(lián)得到盡可能接近設計值的電容，然后只對電感進行調(diào)整。調(diào)整電感時，一個電感可能需要兩個管夾，一個用于調(diào)整網(wǎng)絡的諧振頻率，另一個調(diào)整負載阻抗的匹配。

根據(jù)并聯(lián)諧振時諧振電路對諧振頻率呈開路的原理，使用網(wǎng)絡分析儀，尋找兩個諧振網(wǎng)絡中電感的最佳諧振點。

根據(jù)串聯(lián)諧振時，諧振電路對諧振頻率呈短路的原理，使用網(wǎng)絡分析儀調(diào)整初級諧振網(wǎng)絡與饋管的阻抗匹配，次級諧振網(wǎng)絡與天線的阻抗匹配。

關于兩個電感間距問題，通過試驗發(fā)現(xiàn)，當兩個線圈緊挨著（銅管間距3 cm）時，諧振效果最佳；當兩個線圈離開一定距離（銅管間距5 cm）時，諧振效果變差（主要是帶寬變差）?？梢?，在條件允許的情況下，諧振線圈間距越小越好。圖4（a）為雙調(diào)諧網(wǎng)絡兩個線圈在3 mm間距下的測試結(jié)果，圖4（b）為雙調(diào)諧網(wǎng)絡兩個線圈在5 mm間距下的測試結(jié)果[7]。

圖4 不同間距時雙調(diào)諧網(wǎng)絡諧振效果

2 主備切換網(wǎng)絡

傳統(tǒng)的中波共塔系統(tǒng)一般采用一個調(diào)配網(wǎng)絡，由于設計問題或者調(diào)整問題，調(diào)配網(wǎng)絡容易出現(xiàn)故障。如果故障比較嚴重，有時候還要請廠家技術人員來解決，這樣可能要影響正常的播出。目前，開化廣播轉(zhuǎn)播臺的天線調(diào)配間還有一定空間，可以容納兩套新制作的雙調(diào)諧網(wǎng)絡，作為原有調(diào)諧網(wǎng)絡的備用網(wǎng)絡。雙頻共塔發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射機主、備切換和調(diào)配網(wǎng)絡主、備切換系統(tǒng)如圖5所示，主、備切換器可以在需要的時候切換主用發(fā)射機和備用發(fā)射機，雙饋線切換器在需要的時候切換主用饋線和備用饋線，切換開關可以切換主用調(diào)配網(wǎng)絡和備用調(diào)配網(wǎng)絡，詳細工作原理這里不再贅述[8]。

圖5 主、備發(fā)射機及主、備網(wǎng)絡切換系統(tǒng)原理圖

對于切換器的選擇，如果要求轉(zhuǎn)換速度快、接觸牢靠，不考慮成本的話，應購買廠家生產(chǎn)的射頻同軸切換開關或者中波專業(yè)切換器；如果考慮成本，可考慮使用銅片切換閘刀或采用更簡單的銅片倒換方法[9]。幾種切換開關的實物如圖6所示。

3 安裝調(diào)試注意事項

安裝調(diào)試時，電感應盡量相互離得遠，且相鄰兩個電感的電方向應相互垂直；安裝元件盡量不要安裝在電感開口兩端，以免影響調(diào)試；給電容擰螺絲時，需要用21#開口扳手固定電容接頭，避免電容接頭受力脫落；元件在絕緣板的固定螺絲要避開網(wǎng)絡架的橫梁；連接電容的銅皮長度要合適，長度太長，銅皮容易與電容邊緣接觸，導致打火[10]。

4 結(jié) 語

新型雙調(diào)諧網(wǎng)絡的應用，是中波發(fā)射系統(tǒng)技術創(chuàng)新的一種大膽嘗試，也是節(jié)約資源、優(yōu)化系統(tǒng)、提高技術人員實踐能力、確保安全播出的一種體現(xiàn)。目前，雙頻共塔雙調(diào)諧網(wǎng)絡已工作近半年時間，從使用情況來看效果很好，發(fā)射機工作穩(wěn)定、調(diào)配網(wǎng)絡工作正常。試播半年時間，沒有因雷擊而造成發(fā)射機停機保護或損壞元件的故障出現(xiàn)。