用变频器制动电阻和smith圆图软件 实现中波天线调配网络原理教学的方法

王 军

（作者单位：云南省广播电视局马关中波台）

近年来，随着技术的发展，天馈线系统中调配网络的性能日趋稳定和完善，这虽然使得调配网络的维护工作量大大减少，但也导致了近年来进入中波台工作的年轻技术人员很少有机会接触到中波调配网络实际的设计安装、测试与调整工作，这对于培养中波发射行业技术的人才来说是一种缺憾，不利于台站安全播出保障工作的发展目标和要求。本文主要叙述采用变频器电阻实际模拟天线阻抗时，在smith阻抗圆图软件的加持下，根据变频器电阻模拟出的天线阻抗设计并安装调配网络，制作出更贴近实际应用情况的“假负载”，让教学发射机正常开机工作，使台站能够在有限的条件下让年轻技术人员在动手实践的过程中熟悉中波广播天馈线系统的原理，进而取得良好的教学实践效果。

1 中波台站技术维护队伍的业务水平现状及其对安全播出的影响

云南省的中波发射台多建于20世纪60年代至80年代，由于中波发射台工作的特殊性，很多人自从进入中波台工作以来就在平凡的工作岗位上默默地奉献了一生。如今，大部分在中波台站建台初期就参加工作的老一辈“中波人”基本都面临着退休。近年来，云南省的各个中波台都出现了人员“换血”的趋势，云南省广播电视局马关中波台的情况也是一样。近年来，很多新招录的技术人员都不是广播发射技术专业的人才，均为与广播发射技术相关或相近的专业人员通过事业单位招考进入中波台工作的。随着中波广播技术的发展、设备的更新及管理模式的不断完善，中波发射台的设备故障率大大降低，设备的检修工作量大幅减少，但这也导致了很多人进入中波台工作多年后仍对中波广播的发射原理一知半解，技术水平一直得不到提高。特别是对于中波天馈线系统，其在一年当中只需要复核一两次阻抗，在阻抗正常的情况下基本不用动，加上中波台天调网络的电路元器件少，又都是无源器件，在没有必要的情况下很少有人会去研究天调网络的作用和原理。由于很多工作人员的技术水平不高，中波台一旦遭到雷击，就会导致网络器件损坏或者电路失谐，进而造成长时间停播或者安全播出 事故。

近年来，云南省广播电视局马关中波台一直利用中波台闲置的中波发射机进行实践教学，让工作人员不断地研究发射机的原理与维修方法，这使工作人员在发射机检修与维护方面的技术水平有了很大提高，在处理发射机的突发故障时也越来越得心应手。但是，教学用的发射机使用的是纯阻的假负载，没有中间阻抗匹配的环节，其只能保证教学发射机正常开机测试，与实际的中波天馈线系统有着很大的区别，所以很多工作人员在实验测试时，只注重发射机的各个功能电路，忽略了对天馈线系统原理的研究，因此仍旧不熟悉高频传输的原理。

2 用变频器制动电阻和smith圆图软件开展中波天线调配网络原理教学的方法

为了解决工作人员遇到中波天馈线系统发生故障时无从下手的问题，笔者在废品收购站发现了几只变频器制动电阻，每只变频器制动电阻的电阻都是50 Ω、功率为1 kW，刚好与云南省广播电视局马关中波台教学用的电阻为75 Ω、功率为1 kW的PDM发射机输出阻抗相近，因为是绕线式的电阻，其对特定的高频信号会呈现一定的阻抗，于是买两只回来用网络分析仪在990 kHz的信号频率下进行测试，测得R1的阻抗为R=0 Ω、jx=195.4 Ω（jx指复阻抗的虚部），R2的阻抗为R=0 Ω、jx=198.8 Ω，两只电阻对990 kHz均呈现出很大的感抗，在两只电阻中间随便串入一只高压陶瓷电容后（选取是一只470 pF的柱式陶瓷电容），测得R=107.8 Ω、jx=227.8 Ω，满足了实验 要求。

笔者用smith圆图软件设置好负载阻抗后[1]5-11，圆图匹配计算的阻抗变化轨迹如图1所示。

图1 smith圆图软件计算的阻抗变化轨迹图

笔者根据软件给出的阻抗匹配电路图[2]，制作的连接电路如图2所示。

图2 阻抗匹配及假负载电路图

在教学的过程中，不用考虑防雷、阻塞和滤波等环节，只要阻抗匹配能使发射机正常开机即可。所以就只涉及电感L和电容C1数值的选取（用一台LRC数字电桥即可完成对元件的测量和选取）,除了简单的元件串联、并联，没有其他更复杂的计算，因此工作人员更容易理解中波发射系统阻抗匹配的原理的 作用。

笔者制作完成的实物和阻抗测试结果如图3、图4所示。

图3 根据电路设计制作的假负载实物图

图4 阻抗测试结果图

在精确选取电感和电容并将其进行安装后，用网络分析仪对假负载阻抗进行测试和微调后：R=75.1 Ω、jx=8.7 Ω，上机试验后发射机显示有10 W左右的反射功率，微调发射机的输出阻抗匹配络后反射功率降到2 W以下，可以正常开机[1]197-198。经过几个小时的运行试验，加上有风扇的散热，整个假负载没有明显发热的情况，并且发射机工作正常，这说明制作成功，极大地增强了技术人员的信心和成就感，激发了其对技术研究的热情。

3 教学延伸

工作人员在熟悉阻抗匹配网络原理后，结合LC串、并联电路谐振的特性和调配网络的系统电路图，再来理解整个中波调配网络中的防雷、阻塞、陷波等环节，以及如何实现双频或多频共塔就更容易。

图5是一个双频共塔的中波调配网络简单的电路模型[3]：L1和C1组成防雷网络，C1是一个隔直电容，起到隔离雷电的作用；L1将雷电引入大地；L1和C1还具有改变天线阻抗的作用。L2和C2并联谐振于频率频率B，L3和C3并联谐振于频率A，起到相互阻塞对方频率的作用，再往前就是两个频率的发射机对天线的阻抗匹配网络。如果有其他频率干扰，则根据实际情况加入陷波或者带通滤波网络[4]。

图5 中波发射双频共塔天调网络电路模型

至此，工作人员已经可以根据以上的知识，对照自己台站的天线调配网络的电路图进行实际分析，为日后处理中波发射系统中天线调配网络的故障奠定理论和实践基础。

4 教学感悟

中波发射天线的调配网络在中波发射系统中具有非常重要的作用，随着技术的发展，现在专业厂家设计出的调配网络故障率很低，有的甚至十几年都不会出问题；日常维护也很简单，只要检查网络柜中有无异物和做好清洁工作即可，做得好的台站会定期测试网络阻抗。很多中波台的技术人员认为调配网络的维护工作简单，就不重视对其学习，有的到了调配网络发生故障时，才发现连网络分析仪怎么使用都忘了，更谈不上分析和处理调配网络的故障，这样就为安全播出埋下了隐患，因此技术人员一定要重视技术管理工作[5]。

中波天调网络看似元器件少，其实各个元件关联起来以后网络参数就变得非常复杂，所以技术人员在分析或调整陌生的天调网络时，往往会觉得无从下手，甚至无功而返，这是因为其平时的理论学习和技术经验积累少。更重要的是，因为每个设计人员根据实际情况设计的网络参数思路不同，所以技术人员很难分析出整个网络中各个元件相互关联的作用，这很正常，没有必要为此丧失信心，技术人员只要在日常工作中下足功夫，认真研究并熟悉自己台站的网络情况，就能在调配网络发生故障时用最短的时间处理故障并恢复播出。

为了达到这个目的，笔者随机模拟出了一个天线的阻抗值，然后利用smith圆图软件设计出了一个阻抗匹配网络，通过实际安装和调整，教学发射机能够开机运行。在实际动手设计、安装和调试阻抗匹配网络的过程中，技术人员对中波天调网络原理有了更加深入的理解和认识，并学会了如何使用计算机进行辅助设计，以及网络分析仪、数字电桥等仪器仪表的使用方法[1]212-226，更重要的是激发了自身对工作的信心和热情，达到了很好的教学 效果。

5 结语

中波天线调配网络是中波广播天馈线发射系统中的重要组成部分，因为其涉及高频传输的很多理论知识，加上网络的设计和计算过程复杂，一般的中波发射台站内很少有技术人员会主动对其进行深入研究，因此也最容易在台内形成技术“断代”的局面。在日常工作中，要把中波调配网络的原理给技术人员讲明白真的很不容易，希望文中所介绍的教学实践方法能为广大中波技术同行在技术“传、帮、带”的过程中起到积极作用。