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中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

2012-02-17 王建設 王湘靚 傳播與制作


  中波天饋系統(tǒng)表面看起來很簡單,但實際卻比較抽象、復雜。輻射場強受天線結構、地網(wǎng)優(yōu)勢、匹配好壞、地導系數(shù),使傳輸路徑地形等諸多因素影響。認為只要三大指標入級,即為播出良好。且不知機器指標好并不代表機器功率全部發(fā)射出去,而且有很大功率損耗到天饋系統(tǒng)中,這樣所謂整機效率就是一句空話。沒有足夠的場強做基礎,機器指標再好接收機亦聽不出好的效果。

  現(xiàn)在各發(fā)射臺更新了全固態(tài)的機器,這樣整機效率得到了很大的提高。但因場效應管的耐壓和耐高溫性能力有限,所以對天饋系統(tǒng)提出了更高的要求。若整個天饋系統(tǒng)的駐波比偏高,就會出現(xiàn)降功率,而且整機的指標亦受到很大的影響。

  一.我臺76M塔各頻率處的輸入阻撓

  我臺建于1986年元月,76M桅桿天線西座,邊寬為500mm的正三角行鋼塔,對于區(qū)域鐵塔底部的輸入阻撓也不相同。對于低頻段的天線阻抗,由于實部過小虛部過大,所以Q值較高。高頻段的天線阻抗雖然Q值小,但實部和虛部都過大。

  二.天線調配網(wǎng)絡

  全固態(tài)發(fā)射機的輸出功率由一定數(shù)量的功效模塊的輸出經(jīng)功率合成得到。當負載為純阻并等于所要求的阻值時,各功率場效應管均工作在接近理想開關狀態(tài),加在場效應管上的電壓,電流相位差接近90度,因此場效應管的功耗很小,整機效率高。全固態(tài)發(fā)射機的輸出網(wǎng)絡必須注意一下兩點:

  1.天線調配網(wǎng)絡和射頻饋管的阻抗必須嚴格匹配,并且有良好的通帶特性。

  2.發(fā)射臺的其它發(fā)射頻率以及周邊的電臺頻率功率射頻倒送對發(fā)射機影響必須降低到最低。

  射頻倒送的抑制:

  A.射頻倒送的產生和對發(fā)射機的影響

  由于天線的互逆性,高大的發(fā)射天線同樣也是性能良好的接收天線。因中波頻率高多一般地市三—五個頻點,各發(fā)射頻均5千W—10KW式25千W大功率播出。距離較近,天線就會接受到較高的高頻電壓。這種射頻電壓倒送無論對電子管發(fā)射機或全固態(tài)發(fā)射機都會帶來負面影響。

  射頻倒送現(xiàn)象對電子管發(fā)射機的負面影響主要串音,因為末級電子管本身能耐受較高電壓,而且每個電子管承受的熱損耗都比較大。但電子管的非線性及輸入阻抗高,容易在末級槽路產生出明顯的互調產物(串音)。

  對于固態(tài)發(fā)射機而言,由于場效應管工作在開關狀態(tài),內阻低,雖然也會產生雜頻和串音,但比電子管機少好一些。射頻倒送對固態(tài)機的危害是射頻電壓倒送到功放電絡。由于該電路工作在丁類開關狀態(tài),要求激勵波形具有陡峭的前后沿,以減小場效應管的功損。倒送嚴重時,倒送的電壓和發(fā)射機的激勵電壓疊加在一起,使激勵波形發(fā)生畸變,管子功耗加大,瞬間損壞大量場效應管。而且由于發(fā)射機激勵和外界倒送電壓相疊加,使欠激、過激等檢測電路難以正常工作。同時,頻射倒送電壓過大會是駐波比監(jiān)測電路報警,使發(fā)射機自動保護或自動關機,造成播出中斷。

  因此,對全固態(tài)發(fā)射機而言,必須采取措施從天線方向倒送的高頻電壓,使發(fā)射機能正常工作。

  B.抑制射頻倒送的主要方法:

  陷波網(wǎng)絡圖1是先串聯(lián)后并聯(lián)。

 中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用 (陷波網(wǎng)絡圖)

  L1和C1串聯(lián)諧振在干擾頻率f1和x并聯(lián)諧振在工作頻率f。。這樣在抑制f1的同時,不影響原來的阻抗。不管串聯(lián)和并聯(lián),均能起到諧振在干擾頻率,在抑制的同時,不影響原來的阻抗。帶通濾波器常用于鄰近頻率較多,但不是十分靠近工作頻率的發(fā)射臺。選擇濾波器的通帶特性,應滿足發(fā)射機的要求,具有一定的帶寬。而選擇濾波器的阻帶特性,應滿足被抑制的頻率需達到足夠的衰減量。中波天調網(wǎng)絡中的帶通濾波器考慮到元器件的選擇,一般使用兩階或三階巴特沃斯濾波器,最窄的寬帶為100KHZ以上。

  C.天線及調配網(wǎng)絡招雷擊后,可能引起發(fā)射機場效應管損壞,必須采取多種防雷措施。

  雷電將對發(fā)射機和天線調配網(wǎng)絡產生嚴重的破壞,減少強大電流的措施有:一是減少地網(wǎng)接地電阻,天線地網(wǎng)是為射頻信號提供網(wǎng)絡,同時它也為雷電提供通暢的入地點。二是接地,地租越小,雷擊低電壓越小。為了降低地電位差必須良好接地阻值在0—3以內。

  天調網(wǎng)絡中的防雷措施有三種:

  1、石墨放電球

  CAP是一對圓柱形石墨放電球,期間隙是可調的。它有良好的接地。在接地端再串套約40—50個小磁環(huán)。這樣在天線受雷擊時,能提高發(fā)射機的短路射頻阻抗,保護發(fā)射機。

  2.微亨級的電感L。

  雷電的主要能量集中在低頻和直流部分,因此天線下并聯(lián)一只微亨機電感。它的主要作用是為天調網(wǎng)絡提供一個對地靜電放電通路。由于電感線圈的感抗較小,線徑較粗,有利于雷電的能量入地。

  3.隔直流電容C。

  C。起了隔離的作用。由于雷電的能量集中在低頻和直流部分,C。防止了雷電的能量通過天調網(wǎng)絡進入發(fā)射機。C。的容量一般在1000PF—3000PF。由于是防雷器件,所以伏安量耐壓值越大越好。

  三.雙頻共塔網(wǎng)絡

  1.阻塞網(wǎng)絡

  中波廣播發(fā)射信號除載頻外還有上下邊頻信號。阻塞網(wǎng)絡一是要通過本頻信號,二是要阻塞它頻信號。通過本頻射阻抗要小,阻塞它頻時,不但要在載頻處呈現(xiàn)很大的阻抗,而且在上下邊頻外也要出現(xiàn)較大阻抗。

  (一)阻塞網(wǎng)絡的阻抗:阻塞網(wǎng)絡的阻抗需根據(jù)廣播發(fā)射臺的種類,頻率比,匹配電路和阻塞網(wǎng)絡本身主件等條件來決定阻塞網(wǎng)絡的阻抗。

  阻塞網(wǎng)絡等效電路:中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用(阻塞網(wǎng)絡等效電路圖)

  并聯(lián)阻抗為:

中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  當t=f/f。大于1.01或小于0.99(即相對頻偏Af/f。大于0.01)時,阻塞網(wǎng)絡的阻抗幾乎與Q值無關。所以在以f。為中心的頻帶內,為使阻抗達到等值以上。必須加大W。L,1/w。c的值,即加大電感,減小電容。如將f。給定在500KHZ—600KHZ的范圍里,當寬帶定為10KHZ時,為使阻塞抗為5K。為100%調幅電流有效值I=1.23I。 

  (二)阻塞網(wǎng)絡的視在功率:

  阻塞網(wǎng)絡的元件由于通過電流產生的視在功率和由于阻塞電流產生的視在功率疊加,所以與其它之器件相比,視在功率比較大。

  (a)通過電流產生的視在功率:

  流過線圈和電容的電流

 中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  Ic和IL不取決于l、c值,只由I和t決定,因為I是由分支點輸入功率和分支點輸入阻抗決定的。t是由分配頻率決定的。通過L和C的電視在功率:

中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  (b)阻塞電壓而產生的視在功率:

  由于阻塞網(wǎng)絡對被阻信號的阻抗很高,因而被阻信號在支點的電壓幾乎全部加在阻塞網(wǎng)絡的兩端。它在L、c電路中產生的視在功率:

 中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  輸出功率一定時,只與分支點輸入阻抗有關,而與L、c值無關。

  (c)通過電流和阻塞電壓而產生的視在功率:

 中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  因t、I、均為一定,所以兩項的積為定值。

  (三)阻塞網(wǎng)絡元件承受的電流和電壓:

  為了決定阻塞網(wǎng)絡中使用的元件額定功率,必須知道流過阻塞網(wǎng)絡元件的電流和加在兩端的電壓。頻率不同的兩個電流之和的有效值,為各個電流的有效值的平方之和的開方,故線圈電流的有效值為:

中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  電容電流的有效值為:

中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  阻塞網(wǎng)絡兩端的電壓有效值為:

中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  考慮到阻塞網(wǎng)絡和匹配網(wǎng)絡的損耗,把發(fā)射功率看成額定功率的1.1倍,又100%調制時功率為它的1.5倍電壓為2倍,所以決定阻塞網(wǎng)絡元件的額定值時。應把上述各式所得的值乘以相應的電流系數(shù)和電壓系數(shù)。

  100%調制是的電流系數(shù)為:中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  100%調制時的電壓系數(shù)為:中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  預調網(wǎng)絡:

  預調網(wǎng)絡實際上是一個倒r網(wǎng)絡,只所以要加預調網(wǎng)絡,是由于一塔兩頻時,兩個頻率通常相差比較多。同時,天線底部輸入阻抗Ra相差較大,如果將兩個信號直接從天線底部分開,則可能其中一路的阻塞電路(Ra較小的)視在功率很大,匹配網(wǎng)絡的視在功率亦很大。易造成器件發(fā)熱,加大了損耗。而且兩路信號的鐵塔電壓相差較多,泄漏電壓相差也大,容易造成串音。為此,可在公共輸入端和天線之間加入r形預調網(wǎng)絡,使輸入等效阻抗值發(fā)生變化,從而降低雙工網(wǎng)絡的視在功率,并使鐵塔電壓相近。 

  我臺于2005年3月雙頻分饋共塔,頻率為1251KHZ(10KW),另一頻率為972KHZ(10KW),天調網(wǎng)絡必須嚴格的將天線引下的雷電阻擋住,盡可能在天調網(wǎng)絡出口消除掉。為此,天調網(wǎng)絡現(xiàn)在一改過去低通形式為高通形式。即由過去接地支為電容改為電感。強大的雷電通過天調網(wǎng)絡天線端電感直接通地。 

  利用微機設計天調網(wǎng)絡很方便,它可以快速準確地算出一系列方案,然后從中優(yōu)選。優(yōu)選著重點是基本電路的穩(wěn)定性,電感元件微弱變化盡可能對電路匹配效果影響小,電感電容取值合理,不宜過大或過小,過大過小都不利用整體效果。基本電路優(yōu)選非常重要,它關乎網(wǎng)絡整體穩(wěn)定性帶寬和防雷效果。[page]

  四.三頻分饋共塔

  2007年8月因頻率多,天線少,采取了三頻共塔方案,對復雜天調網(wǎng)絡又一次革新,使用新技術得到發(fā)展和應用。與雙頻不同之處:972KHZ(25KW)在公共部分,增加了972KHZ對1251KHZ、657KHZ倒流。C14阻雷對1251、657起到保護。

  972KHZ支路:

  ab為阻塞1251KHZ、657KHZ網(wǎng)絡,bc為二次阻塞,cde為調整匹配網(wǎng)絡,ef二次防干擾,f防干擾,1251KHZ匹配網(wǎng)絡,為阻塞657KHZ網(wǎng)絡,657KHZ匹配網(wǎng)絡,為阻塞1251KHZ網(wǎng)絡。半年至一年可調整L3、L5、L10、L11、L14、L15如圖:

 中波三頻共塔網(wǎng)絡的應用

  安全措施:在檢修期間為保證安全,每個網(wǎng)絡輸入口處均加雙向閘刀,可以斷開,并在天線與底線短路。

  三頻共塔效果不錯,測試: 

  1251:R=50.30R=0.001反射:1.00

  972:R=50.35R=0.002反射:1.01

  651:R=50.3R=0.001反射:1.001

  串音情況:1251高端輕微串972KHZ

  657底端干凈

  972輕微串1251KHZ

  覆蓋面積半徑南方向50公里,47dB,東45公里,46dB,北50公里,49dB,西45公里,46dB。B&P

 

參考文獻:

  1.廣播電視發(fā)送技術

  2.廣播電視檢測技術

  3.全國廣播電視安全播出培訓講義

  4.廣播發(fā)射實用技術

  5.廣播電視系統(tǒng)設備維護與管理

濮陽電臺 中波共塔匹配網(wǎng)絡

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