低频低塔环境下中波三频共塔天线调配网络宽带设计解决方案

刘学生

【摘要】本文对辽宁省西部地区某中波台76m底部绝缘拉线塔540KHz / 10KW + 801KHz / 10KW + 1089KHz / 10KW 三频共塔天调网络进行了仿真分析，给出了全新的宽带匹配设计方案，解决了原网络中801频道带宽狭窄的问题。

【关键词】中波;三频共塔;驻波比;工作带宽;防雷电感;计算机仿真设计

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.011

近些年来，中波双频共塔和三频共塔发射业务在我国到了广泛的应用。但是低频（540KHz）低塔（76m）实现三频共塔播出，目前国内还没有非常成熟的案例。

最近看到了国内两个中波台540KHz低频在76m底部绝缘拉线塔实现三频共塔播出的实例，拿到有关天调网络设计参数之后，用计算机仿真软件检验其各个频道的带宽和隔离度，发现这两个案例中没有一个是完美的，都有一个频道带宽很狭窄。其中辽宁省某中波台540KHz/10KW+801KHz/10KW+1089KHz/10KW，高度76m底部绝缘拉线塔，三频共塔网络，其中801KHz的驻波比小于1.25的带宽仅有3KHz。另一例是山西省某中波台540KHz/1KW+1008KHz/10KW+1269KHz/10KW，76m底部绝缘拉线塔三频共塔网络，其中540KHz的驻波比小于1.25的带宽仅有3KHz。笔者利用计算机仿真技术，用宽带匹配方法对这两个网络进行了全新设计，带宽和隔离度都达到了标准要求。本文以辽宁省的实例，对原始网络进行了仿真分析，并全新设计了符合标准的新网络。对于低频低塔环境下三频共塔天线匹配网络解决带宽狭窄问题具有参考价值。

1. 技术背景

我国现有的中波广播频率为526.5～1606.5KHz，频率间隔为9KHz。从标称载频531KHz到1602KHz为止，共有120个频道。每个频道工作带宽9KHz。

与过去传统的电子管发射机相比，全固态中波广播发射机对天线匹配网络要求更高，更细致。不仅要考虑载波点上的阻抗匹配，更要考虑通带内的幅频特性，而且要求阻带有足够的衰减。这就是说，既要让通带内的广播信号低损耗地顺利通过，又阻止其它不需要的信号通过，特别是邻近的其它广播信号倒送回来。

对于中波广播发射机，天调网络驻波比小于1.25的工作总带宽，最低要求是9KHz。

中波540KHz在76米高度的天线塔上的阻抗实部都比较低，工作带宽先天不足。工程设计中，一般都是通过给天线底部对地并联一个电感（或电容）与天线阻抗构成并联谐振来增加天线阻抗的实部。

对于不同的发射功率，共塔的频道之间，隔离度要求的衰减数值也不同。对于标称额定功率10KW的发射机，理论上要求边带功率衰减40dB，实践中一般认为在载波点正/负5KHz频点上的边带功率衰减应该达到30dB以上。

一个中波天调网络，只要知道了天线阻抗，就可以根据设计图纸，通过计算机仿真快速计算出其驻波比带宽和隔离度。

2. 辽宁省西部地区某中波台三频共塔天调网络简介

三频分馈共塔网络天线塔相关技术参数：

频率f1：540KHz，功率：10kw，馈线阻抗：50Ω，天线输入阻抗：18–j54Ω

频率f2：801KHz，功率：10kw，馈线阻抗：50Ω，天线输入阻抗：45+j180Ω

频率f3：1089KHz，功率：10kw，馈线阻抗：50Ω，天线输入阻抗：1000+j800Ω

天线：76m底部绝缘拉线塔，

厂家设计的图纸，如图一：

2.1 原网络简介

网络主要有三部分构成，预调网络，阻塞网络，T型匹配网络。静电泄放网络包含在预调网络中。阻塞网络和T型匹配网络显而易见，这里不介绍了。

2.1.1 预调网络

在（图一）中，L12与C7并联谐振在801KHz上，L9与C2并联谐振在1089KHz上，L12与C7组成的并联谐振网络对于540KHz相当于一个电感，L9与C2组成的并联谐振网络对于540KHz也相当于一个电感，通过计算可知，天线底部加了这个预调网络之后，540KHz的天线阻抗由18-j54欧姆变成了34.9-j72.1欧姆，实部提高了近一倍。

2.1.2 静电防雷电感

540KHz的预调网络同时也是作为天线静电泄放网络使用的。L12和L9给天线塔留了一个直流接地的通道。

2.2 用仿真软件对这个网络进行计算分析

结果如下，

1089频道：驻波比小于1.25的带宽为8KHz，1089频道对540频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于38.7dB，1089频道对801频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于29.1dB，801频道：驻波比小于1.25的带宽为3KHz，801频道对540频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于47.6dB，801频道对1089频道（正/负5KH范围内）传输功率衰減大于40.4dB。

540频道：驻波比小于1.25的带宽为10KHz，540频道对801频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于32.2dB，540频道对1089频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于43.5dB。

从分析结果中我们看到，801频道驻波比小于1.25的带宽仅为3KHz，远低于国家要求的9KHz标准。我们对原网络进行了设计改造，去掉540KHz的预调网络，保留了静电防雷功能，使用宽带匹配技术，扩展540频道和801频道的带宽。

3. 全新设计辽宁省西部地区某中波台三频共塔天调网络

全新设计的天调网络，见图二：

3.1 阻塞网络

540通道：L3和C6并联谐振在801KHz上，L5和C3并联谐振在1089KHz上，阻止来自801KHz和1089KHz这两个通道的功率倒灌。

801通道：L7和C8并联谐振在540KHz上，L5和C3并联谐振在1089KHz上，阻止来自540KHz和1089KHz这两个通道的功率倒灌。

1089通道：L13和C17并联谐振在801KHz上，L1和C5并联谐振在540KHz上，阻止来自801KHz和540KHz这两个通道的功率倒灌。

这样实现了每个频道都在阻止其它两个频道的功率倒灌。

3.2 宽带匹配

1089频道，L2是天线塔静电泄放电感线圈，同时参与阻抗匹配，L16和C16用于中和阻抗虚部到零附近，L8调节阻抗实部到50欧姆附近，C12调节阻抗虚部到零附近。

540频道，L4和C4中和阻抗虚部到零附近，与C10并联后540KHz频点附近阻抗实部变化平缓。L6和C1和C7把阻抗实部调到50欧姆附近，虚部为零附近。

801频道，L11和C9中和阻抗虚部到零附近，与C12并联后801KHz频点附近阻抗实部变化平缓。L10和C11和C13把阻抗实部调到50欧姆附近，虚部为零附近。

3.3 天线塔静电防雷电感网络

对于底部对地绝缘的中波天线，必须给天线塔留一个直流接地的通道。

本网络中，由L13和L1和L2这三个电感，构成了一条从天线塔到地的一个直流接地通道，作为防雷电感使用。

从防雷电的角度考虑，天调网络的驻波比带宽不宜过宽，对于全固态中波广播发射机而言，驻波比小于1.25的总带宽不宜大于20KHz，太宽将增大雷电脉冲进入馈线系统的概率。

3.4 用仿真软件对全新设计的网络进行分析计算，

结果如下，

1089频道：驻波比小于1.25的带宽为12KHz，1089频道对540频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于59.9dB，1089频道对801频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于38.0dB，801频道：驻波比小于1.25的带宽为11KHz，801频道对540频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于68.5dB，801频道对1089频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于67.8dB。

540频道：驻波比小于1.25的带宽为15KHz，540频道对801频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于59.0dB，540频道对1089频道（正/负5KH范围内）传输功率衰减大于82.1dB，

仿真测试结果表明，这个三频共塔网络可以承载三个频率540KHz+801KHz+1089KHz都是10kw的共塔播出。

4. 结束语

使用宽带匹配设计法，中波广播天调网络在驻波比小于1.20的条件下带宽达到20KHz原则上都是可行的。本实例中每个通道上的带宽都还可以继续扩展，但那样会成倍地增加成本费用。一个中波广播频道，只要知道了载波点及其附近正/负5KHz和正/负10KHz这5個频点上天线阻抗实测数据，就可以利用计算机仿真设计出优秀的中波广播天调网络。

参考文献：

[1]陈晓卫《全固态中波广播发射机使用与维护》，中国广播电视出版社，2002，

[2]张丕灶《全固态中波发送系统调整与维修》，厦门大学出版社，2007，