DX-200中波发射机调配室匹配网络的调整
1 中波垂直天线加挂水平振子的影响
1.1 天线情况简介
我台B01#机发射天线为中波二塔弱定向垂直发射天线, 设计定向136°。两个铁塔高度86m (发射机载波频率882KHZ的λ/4) , 两塔间隔λ/4。在1975年建台之时, 转播的是福建人民广播第二套节目。在天线的设计上, 考虑到近场强无定向广播覆盖的设想, 在垂直天线上加挂水平笼形天线, 如图1所示。这样白天播音, 使用水平笼形天线发射, 对本地实现无定向广播覆盖;晚上使用垂直天线发射, 实现对台湾地区远距离定向传播。在天线调配室里有相对应的倒换装置和匹配网络来配合。2003年西新工程改造时, 发射机由150KW的中波屏调机更新为哈里斯公司生产的DX-200中波发射机, 同时对馈线与天线调配系统进行改造, 去除了调配室的水平发射装置, 但水平振子没有拆除, 依然悬挂在垂直天线上。只是对发射塔及反射塔调配室匹配网络重新进行了设计、安装。发射塔及反射塔调配室匹配网络如图2所示。
1.2 水平振子对天线辐射方向图的影响
由于水平振子在空中也是一个发射体, 因此对垂直发射天线的辐射方向图产生比较大的影响。通过对垂直天线800m范围内天线近场强的测量, 画出如图3所示天线极坐标方向图, 天线辐射方向图图形难看, 天线前后比仅为1.1∶1;在水平振子拆除后, 又对垂直天线800m范围内的天线近场强进行测量, 画出图4所示的天线极坐标方向图, 从图4中可看出, 天线反向场强明显减弱, 天线前后比增大到1.46∶1, 辐射方向图图形得到明显改善。
1.3 水平振子拆除后对垂直天线阻抗的影响
鉴于水平振子对天线辐射方向图的影响, 2007年4月23日上午对加挂在垂直天线上的水平振子实施拆除。当水平振子完全拆除后, 从馈线输入端, 用OIB-3型运行阻抗电桥仪测馈线阻抗, 在882KHZ的频率上其负载阻抗Z由49.5+j0变成24.5+j19.4。到发射塔调配室, 断开如图2 (a) 的D点, 往铁塔方向测天线阻抗, 在882KHZ的频率上其天线阻抗ZA由82+j.105.4变成73+j135.8;到反射塔调配室, 断开如图2 (b) 的a点, 往铁塔方向测天线阻抗, 在882KHZ的频率上其天线阻抗ZA由45+j.106.6变成80+j117.3。从上述测量的数据表明:在拆出加挂在垂直天线上的水平振子后, 对天线的阻抗产生了比较大的影响。
2 调配室匹配网络的调整
2.1 中波天线匹配网络简介
中波天线一般离发射机房较远, 需要一条较长的馈线来传送功率。为了使天线的输入阻抗ZA与馈线的特性阻抗Z0相匹配, 减少反射波, 降低馈线上的驻波比, 提高效率及安全, 需要在天线的输入端与馈线之间, 接入一套阻抗匹配网络。它是一种四端网络, 可以是π型或T型线路, 但通常采用倒L型线路 (图5) 。因为该网络所用元件少, 易于调整。匹配网络中天线阻抗ZA以实测天线输入阻抗为准。
(1) 当RA>Z0时, 采用图5 (a) 的线路。
由于匹配时B处输入阻抗的电阻分量等于馈线的特性阻抗, 电抗分量等于零, 即RB=Z0, XB=0经过求解一元二次方程可得:
此时匹配网络各元件的最大电压和最大电流如下式:
(2) 当RA
此时匹配网络各元件的最大电压和最大电流如下式:
(3) 当RA0时, 上述两种网络线路都可采用。具体选用哪一种, 可视实际情况决定。
由于计算元件时, 没有考虑到引线电感及分布电容等因数的影响。因此在实际调整时, 还必须适当微调X1、X2的元件值, 直至驻波比达到最小 (SWR≤1.1) , 以保证天线输入阻抗与馈线特性阻抗完全匹配。
2.2 水平振子拆除后匹配网络的设计
拆除水平振子后, 天线阻抗为ZA=73+j1358. (Ω) , 馈线的特性阻抗Z0=50Ω, 根据2-3式可得:
根据2-4式可得:
这样我们可以得到两种设计方案:
则X1为感抗, X2为容抗。又发射机的载波频率为f=882KHZ
所以, 2πfL1=667.8;可求得:L1=120.5 (u H) ;C2=1537.7 (pF)
则X2为感抗, X1为容抗。又发射机的载波频率为f=882KHZ
所以, 2πfL2=1174.;可求得:L2=21.2 (u H) ;C1=233 3.1 (pF)
在方案选择时, 由于时间已经是15:00, 距晚上开机时间不远了。若选择第二种方案, 则必须把以前的电感接地方式改为电容接地, 并把电感串接在网络中, 工程量较大, 因此选择第一种方案, 如图2 (a) 所示。
2.3 匹配网络元件电压、电流计算
我台B01机为哈里斯公司生产的DX-200中波发射机。由 (2-5) 式— (2-8) 式可知, 在调幅度m=100%时, 图2 (a) 中元件L1、C2通过的最大电压U和最大电流I分别为:
我台调配室匹配网络所选用电感L1是线径为20mm的铜管线圈, 电容C2采用型号为CKT1000/35/210固定真空电容器和型号为CKTB1200/35/300可调真空电容器并联组成, 完全能够承受以上计算的匹配网络最大电压和电流。
2.4 对天线调配网络的调整
根据上述设计方案, 将电感量和电容量调整到理论计算值:在原电感线圈L (总电感量为60uH) 上使用一宽铜带串接上一备份电感线圈 (电感量为120uH) , 并调整线圈短路接地的位置, 使得总的使用电感量为120uH左右;拆除原并联的一只1000PF的固定电容 (原电容组件由二只1000PF、一只1200PF可调电容并联组成, 容量为2650PF) , 使得总的使用电容量为1540PF左右。
由于安装后引线电感和分布电容的影响, 使得理论值与实际值存在误差, 这就需要对网络进行微调:
由2-1、2-2式可知, 在图2 (a) 所示的D点处的输入阻抗为
由上式可知:
当RD
当DR>Z0时, L↓、RD↓使得DR→Z0;同时随着L↓、XD↓, 为使XD→0, 须使C↑。
综上所述, 通过改变电感L的大小, 可使网络等效阻抗ZD的电阻分量RD趋近Z0;同时改变电容C的大小, 可使电抗分量XD趋近0。
依据上述, 对匹配网络做如下细调。
(1) 断开图2 (a) 所示的b、c两点, 把OIB-3型运行阻抗电桥仪接到b点处, 调整并臂L的电感量, 使网络等效阻抗ZD的电阻分量趋近于馈线的特性阻抗Z0=50Ω。
(2) 把断开的b点接上, 同时把OIB-3型运行阻抗电桥仪接在c点处, 调整串臂C的电容量, 使网络等效阻抗ZD的电抗分量趋近于0。
(3) 调测完后, c点连接好, 并紧固各连接处。
(4) 断开图2 (a) 的E点 (B01发射机槽路与馈筒连接处) , 同时把OIB-3型运行阻抗电桥仪接上, 测其阻抗值。使用对讲机与调配室人员联系, 边测阻抗边微调整串臂C的电容量或并臂L的电感量, 直至阻抗的实部趋近于馈线特性阻抗值50Ω, 虚部阻抗趋于最小。最终并臂电感线圈的电感量调整为113uH、串臂电容的总容量为1514PF, 发射机输出阻抗Z=50.4+j5.29。
(5) 把OIB-3型运行阻抗电桥仪接在如图2 (b) 的a点处, 测整个反射塔匹配网络的阻抗Z, 同时调整可变电容的容量, 使得Z的虚部趋近于零。最终反射塔可调电容由1630PF调整到1513PF。
(6) 高功率开启DX-200发射机, 调整发射机输出网络的调谐、调载电容容量, 使得发射机工作在最佳状态, 驻波比最小且天线零点、反射功率读数最小。
2.5 安装、调试过程中应注意的问题
(1) 元件间的连接线要用宽铜皮或粗铜管, 端部圆滑, 防止尖端打火, 连接处接触面宽、平, 接触紧密良好。
(2) 元件安装位置离开大面积金属板10cm以上, 放置网络元件的金属板可用铜板或铝板。
(3) 为了尽量减小引线电感, 电感线圈的短路夹最好由线圈中心引入短接处, 可使电感改变量较小。
(4) 相邻电感元件尽量远离, 并垂直放置, 以避免电感间产生互感。
(5) 调整时应注意, 当网络等效阻抗ZB接近边界值时, 引线电感的影响开始显露, 调整后期, OIB-3型运行阻抗电桥的测试点最好选在天调室的输入端。
(6) 安装、调试完成后, 应开机, 观察驻波比、反射功率指示应较小。发射机加高调幅度工作半小时后, 停机立即使用点温计测量馈线连接处、天线调配室各元件及连接点的温度, 看是否有过热现象。
摘要：本文介绍中波二塔弱定向垂直天线上加挂的水平振子对天线输入阻抗、天线辐射方向图等方面的影响。并通过对调配室匹配网络的调整, 介绍匹配网络调整方法。
关键词：辐射方向图,水平振子,匹配,倒L型网络
参考文献
[1] 刘洪才, 李天德, 李栋, 等.广播发射与卫星传输理论基础[M].北京:中国广播电视出版社, 2002.
[2] 广播电视发送与传输维护手册.第11册.
[3] 无线电台管理局维护处.广电覆盖最后成图.