中波天线双频网络设计分析
2018-12-05毛庆远
毛庆远
(中广电广播电影电视设计研究院,北京 100045)
1 发射资源整合背景
随着各城市突飞猛进的建设步伐,原处于市郊的广播电视无线发射台站面临着现址地被占、新址地难选的难题。不论是哪种状况,更高效地整合发射资源是各台站发展的必由之路。就中波台站现状而言,解决在有限的场地内,维持现有或增添频率数量是各台迫切的诉求。
2 天馈系统
2.1 并馈式自立天线
并馈式自立天线通过平台(并馈体)改造,可使一个较为适中的塔高具备播出多个中波频率的能力,同时天线效率较传统绝缘塔要更高,塔身具备直流接地能力,拥有良好的防雷效果。
本项目所介绍的中波台,由于原有发射铁塔计划拆除,需将原有铁塔发射频率(792 kHz)另择新塔播出,鉴于台内已新建并馈式自立发射塔一座(1 224 kHz),按本项目方案对此塔进行改造,将原有80 m平台调整为45 m(792 kHz与1 224 kHz共用)。此方案经过数值方法矩量法(Method of Moment,MoM)计算,知:平台高度80 m,792 kHz阻抗:185+j10、1 224 kHz阻抗:8+j31;平台高度45 m,792 kHz阻抗:41+j166、1 224 kHz阻抗33-80j。经过Agilent E5073c网络分析仪实测,知:平台高度45 m,792 kHz阻抗:33+j105、1 224 kHz阻抗:47-j134。经过对比,数值计算与实测阻抗整体趋势相似,此法可为元件选择提供参考。
2.2 双频天线调配网络
中波波长较长,较电感电容及电气连接铜带的尺寸,满足准静态场条件,可以看作集总电路处理。由于本项目要求中心频率±5 kHz,驻波比小于1.08,中心频率±10 kHz,驻波比小于1.3,中心频率±15 kHz,驻波比小于1.4,因此使用宽带阻抗匹配方式设计电路。数据处理采用数值计算软件,天线底部阻抗输入使用2.1节所述±15 kHz的频带实测值。
3 设计思路
本工程网络图纸如图1所示,针对调配网络的设计,主要考虑不同频率的组合,力求网络性能稳定,指标良好,并需考虑网络元件成本,设计思路如图1所示。
设计阻塞网络,分别针对1、2端口阻塞1 224、792 kHz频率。一般需要阻塞频率±10 kHz的边带衰减30 dB以上。
图1 网络图纸
根据实测底部阻抗对两个频率进行阻抗匹配设计,使用多级匹配的方式展宽带宽,图2~5为两个频率的史密斯圆图、驻波比图。
图2 792 kHz网络阻抗圆图
图3 1 224 kHz网络阻抗圆图
图4 792 kHz网络驻波比
图5 1 224 kHz网络驻波比
天线端口设置为3,网络参数S13、S23、S12详情如图6~8所示。
图6 网络参数S13
图7 网络参数S23
图8 网络参数S12
4 结果分析
792、1 224 kHz两个频率的驻波比在±10 kHz内均小于1.3。
通过S12、S13、S23的网络参数计算,两个频率的隔离度非常好,边带处至少达到30 dB的衰减要求;这就保证了各频率的发射机不会受到另一个频率的边带功率进入,而导致掉功放的情况发生。
两个调配网络未使用1个可变电容,节约了建设费用,延长了设备使用寿命。
5 结语
中波双频网络在保证天线效率的情况下,减少发射塔的数量,从而减少用地,网络设计简洁高效,节约成本,为三频共塔乃至四频共塔提供了思路,为解决中波台站迁建用地问题发挥了作用。