中波天线调配网络计算公式的推导及应用

2018-04-04明震刘钰

西部广播电视 2018年5期

明震刘钰

中波天线要投入使用必须要将天线输入阻抗与馈线的特性阻抗匹配，一般在中波天线附近增设一套匹配网络使之与馈线特性阻抗匹配，这套匹配网络称之为“天调网络”。在许多有关天调网络设计的资料中，对这些基本公式一般都是直接给出并运用，一些工作者对这些公式的理解仅仅停留在感性认识层面上，往往是知其然而不知其所以然，一旦忘记这些公式就手足无措。下面，本文就这些基本公式展开推导。

1　公式推导

天线在作为单频使用的时候网络一般都采用“正г”（如图1所示）和“倒г”（如图2所示）两种基本形式。把天线输入阻抗和天调网络结合在一起，可以看作是一个无源二端网络。当这个无源二端网络的等效阻抗等于馈线特性阻抗时，天调网络就达到理想匹配状态了。

图1　正г型网络

图2　倒г型网络

注：W为馈线特性阻抗X1﹑X2为天调网络元器件的电抗值；。下同。

X1，X2为天调网络元器件的电抗值；

图1所示的电路应满足下式：

即：(WX1+WX2+WXa-X2Ra)=0

令上式左端实部﹑虚部分别等于0，得到以下方程组：

解得X1和X2为：

同理，图2所示电路应满足下式：

即∶

令上式左端实部﹑虚部分别等于0，得到以下方程组：

解得X1和X2为：

解析式（1）和解析式（2）中的X1和X2的根号前正﹑负号取相反。

2　公式的应用

在实际的天线匹配网络设计当中，还要根据各电台实际情况进行综合考虑，一般电台的使用频率会有多个，单频单天线使用的情况非常少。对于单频单天线的网络设计，可以直接通过这几个公式设计出符合要求的匹配网络。但是，对于一些需要共塔或者电台还有其他中波天线使用的情况如何利用这几个公式来设计并计算网络？这是广大广电技术人员经常会面对的问题。

在共塔情况的时候，就需要考虑在匹配网络中增加阻塞网络，在电台还有其他中波天线使用的时候就需要匹配网络中考虑增加陷波网络，当匹配网络增加了阻塞网络或者陷波网络之后，只需要将增加的这些网络换算成所要设计频率的电抗值，然后将这些电抗值看作是天线阻抗或者匹配网络的一部分，这时就可以直接套用上述公式进行设计并计算了，下面就根据某电台的实例加以说明。

某中波电台共有三套使用频率，分别为f1=585 kHz﹑f2=846 kHz﹑f3=1 125 kHz，两副中波天线，其中f1单独使用一副天线，f2和f3共用一副天线，已知馈线阻抗均为50 Ω，天线对f3呈现的阻抗现就其中f3=1 125 kHz匹配网络展开设计论述。

因为f2和f3共塔，f3匹配网络中要增加针对f2的阻塞网络，考虑到f1天线对f3的串扰，f3匹配网络中要增加针对f1频率的陷波网络。匹配网络如图3所示。

图3　1125kHz匹配网络

L1和C1并联组成阻塞网络，以阻塞频率f2，依据阻塞网络电容取值范围先选定C1取1 400 pF，根据C1的电抗值计算出L1的电感量：

计算C1和L1对f3呈现的电抗值：

计算C1和L1并联后对f3呈现的电抗值：

将X1的值与天线阻抗结合：

这时就可以直接引用上述推导的公式直接求出C2和L2的值。

通过C2和L2的电抗值计算出C2和L2：

陷波网络放在馈线端口要比放在天线端口的滤波效果要好[1]。C3与L3并联组成阻塞网络，以阻塞主频率f3，这个阻塞网络对f1呈现的是感性，将此阻塞网络与电容C4串联组成一个针对频率f1的陷波网络，即该阻塞网络与C4组成一个串联谐振电路，且谐振频率为f1，以滤除频率f1对f3的串扰。这个陷波网络对主频f3呈现的是高阻抗状态，其中的阻塞网络一旦调试好之后再调节串联谐振的时候是不能再作调整的，只能靠调节C4以达到对频率f1的滤波作用。

依据阻塞网络电容取值范围，先选定C3取1 200 pF，再根据C3的电抗值计算出L3的电感量：

计算C3和L3对f1呈现的电抗值：

计算C3和L3并联后对f1呈现的电抗值：

通过X2计算出C4的值：

陷波网络因为对主频f3呈现的是高阻抗状态，所以在陷波网络接入匹配网络中时匹配网络对主频f3呈现的阻抗几乎没有影响。另外，在匹配网络安装过程中尽量减少分布参数对匹配网络阻抗的影响。例如，相邻两个电感线圈在安装时尽量使两个电感线圈相互垂直摆放，电感的调试短接引线要放置在线圈内部，等等。

至此，针对频率f3=1 125 kHz的匹配网络就设计完成了。从上述的设计过程中可以看出，C1和L1组成的并联谐振网络，对频率f2=846 kHz呈现的是高阻抗状态，而这个并联谐振网络对所要通过的主频f3呈现的是容抗，将这个容抗和天线阻抗结合，就可以直接运用推导公式（2）来设计并计算了。在这个匹配网络中，陷波网络对主频f3阻抗的影响是可以忽略不计的，所以这个陷波网络可以单独调试好之后再接入匹配网络中。