双频共塔的预调网络设计

■文/刘 剑

双频共塔的预调网络设计

■文/刘 剑

随着城镇化建设的加快，为解决中波广播发射台，占地面积大，节约土地资源，提高广播发射塔使用效率，可采用多频共塔的发射方式，本文主要介绍双频共塔的预调网络设计。

中波广播；双频共塔；预调网络

1.预调网络的工作原理

中波广播发射台广播节目不只一套时，为了节约资源和成本，可考虑天线的双频共塔，即以一副天线同时发射不同频率的两套节目。一般要求这两个频率的间隔要满足：f1/ f2≥1.25。此时除需要两个频率各自的阻抗匹配网络外，还要分别串联一套阻塞网络，以防止两部发射机之间的串扰，见图1所示。

图1 预调网络的阻抗换

双频共塔频率的天线复数阻抗分别为 ZA1和 ZA2， ZA1的阻抗圆直径为， ZA2的阻抗圆直径为串联电抗元件 X01后，输入阻抗变为 ZB1和 ZB2，阻抗圆直径变为OB1和 OB2。并联电抗元件 X02后，分支点的输入阻抗 ZC1、 ZC2的阻抗圆直径不变，即：

根据阻塞网络的视在功率最小值公式，加预调网络后的最小视在功率之和与阻抗圆直径的平方根成正比，与阻抗的电阻分量的平方根成反比。故可通过选择预调网络元件的性质和数值，减少阻抗圆直径和增大阻抗的电阻分量，来达到降低最小视在功率之和的目的，使 OB1＜ OA1或使 OB2＜ OA2，使RC1＞ Ra1或 RC2＞ Ra2。

从图1中可看出：天线对频率f1和 f2放入阻抗在OA点分别为 ZA1= Ra1+Xa1，ZA2=Ra2+Xa2。串联电抗元件 X01后，OB点输入阻抗变为：ZB1=RB1+XB1，ZB2=RB2+XB2。并联电抗元件 X02后，OC点输入阻抗分别为： ZC1=RC1+XC1， ZC2= RC2+XC2。

天线阻抗 ZA1和 ZA2的阻抗圆直径为 OA1和 OA2，串联电抗元件 X01后在OB点变为 OB1、 OB2，并联电抗元件 X02后在OC分支点的输入阻抗 ZC1、 ZC2的阻抗圆直径不变。

串联 X01后 OB1=OB2,并联 X02后说明两抗阻模值相等，实部电阻相等，虚部电抗绝对值相等。当两发射机功率 P1=P2时，塔底电压相等，达到了降低双工网络的视在功率之目的。

2.计算串联X01元件值

根据串联 X01后两频率的阻抗圆直径相等的要求，计算串联 X01电抗值，使两频率阻抗由 ZA变为 ZB，使阻抗圆直径由OA变为OB，见图2所示。

图2 计算串 01X 元件值

由 OB1=OB2得：

式中， X011和 X012分别为 X01对频率 和 f2呈现的电抗值。

当 X01为电感L时， X011＞ 0是感抗， X012＞ 0是感抗，X012=t2·X011（t2＞1）， X012＞ X011。

对较高频率 f2的感抗 X012比对较低频率 f1的感抗 X011大，即：

当 X01为电容C时， X011＜ 0是容抗， X012＜ 0是容抗，X012=t1·X011（t1＜1）， X012＜ X011。

对较高频率 f2的感抗 X012比对较低频率 f1的感抗 X011小，即：

若把感抗 X012=t2·X011或容抗 X012=t1·X011带入公式，计算公式仅剩下 X011或 X012一个未知数，可解出 X011或 X012，由X012=t2·X011（串 X01为电感时）或 X012=t1·X011（串 X01为电容时），求出 X011或 X012的另一个值。上式求解可得出 X011和 X012的2个解，分别算出对应的ZB1=Ra12+（Xa1+X011）2，ZB2=Ra22+（Xa2+X012）2，且OB1=OB2，两阻抗圆直径相等，选阻抗圆直径 OB1和 OB2小（OB1＜OA1，OB2＜OA2）的那一组数据的 X011和 X012，算出 ZB1和ZB2。

3.确定并联元件X02元件值

按照并联 X02后两工作频率的并联导纳值相等，计算并联元件 X02的大小。并联 X02后，X02对频率 f1呈现的电抗 X02（1电纳 b021），与天线对频率 f1的电抗和 X011串联又串化并后的电抗 XBp1（电纳 bBp1）并联； X02对频率 f2呈现的电抗 X022（电纳b022），与天线对频率 f2的电抗和 X012串联又串化并后的电抗XBp2（电纳 bBp2）并联，它们并联后的导纳绝对值应相等：

式中， GBp1是 Ra1串化并后电阻 RBp1的电导， GBp2是 Ra2串化并后电阻 RBp2的电导，串化并后 RBp1=RBp2。

并联电路再并化串到OC点 ZC时，两频率的复数阻抗模值（绝对值）相等（），实部电阻相等（ RC1=RC2），虚部电抗模值相等（）。

串联 X01使两频率天线阻抗的实部电阻 Ra1和 Ra2串化并值在OB点相等（ RBp1=RBp2， RBp1=Ra1串化并， RBp2=Ra2串化并），但串化并后两频率的虚部电抗并不相等，并联 X02对频率f1的电抗X021（电纳 b021）和对频率 f2的电抗 X022（电纳 b022）大小不同。串 X01后两频率的虚部电抗串化并后在OB点的电抗性质相同时，选择并联元件 X02的电抗性质与之相反。因为是按照两工作频率串化并后的阻抗和并联 X02后的导纳值相等计算出X02的大小，串化并后电抗值 XBp较小、电纳值 bBp较大的频率，并联的导纳 b021（或 b022）较大，并联回路的电纳值Y减小得较多，使电抗值XBp增加得多，最后在并化串使虚部电抗值较小的增加。

对串化并后电抗值 X 较大、电纳值 b较小BpBp较小的频率，并联的导纳 b022较小，并联回路导纳值Y减小得较少，使电抗值XBp减少的较多最后再并化串使虚部电抗值 XBp较大的减小。两频率虚部电抗值同性质时，并 X02后虚部电抗值较小的增加，虚部电抗值较大的减少。由于是按两频率导纳的绝对值相等计算出来的 b021和 b022，两频率阻抗并 X02后，在OC点的并联导纳绝对值相等，再并化串到 ZC时两频率阻抗的模值相等。串 X01后，两天线阻抗的实部阻抗串化并值相等，并联 X02后它们的虚部电抗绝对值也一样大，再并化串到OC点 ZC时，两频率的实部电阻相等，虚部电抗的模值相等。

当两频率阻抗串化并后在OB点的虚部阻抗 XBp1（电纳bBp1）和 XBp2（电纳 bBp2）性质相反时，选择并联元件 X02的性质与虚部电抗 XBp1或 XBp2中较小的电抗 XBp、较大的电纳 bBp（）性质相反，计算出 X 的电纳 b 或b ，与02021022较小的电抗 XBp、较大的电纳并联，使较小的电抗并联 X02的电纳 b021（或 b022）后，并联电纳Y减小，并联后的电抗 XBp增加使虚部电抗 XBp值中较小的增加。

选择并联元件 X02的性质与虚部电抗 XBp1或 XBp2中较大的电抗 X 、较小的电纳 b性质相同，计算BpBp出 X02的电纳 b021或 b022，与较大的电抗 XBp1或 XBp2、较小的电纳 bBp1或 bBp2并联，使并联电路的电纳值Y增加，转换为阻抗时虚部电抗 XBp值中较大的电抗值减小

天线对两频率的复数阻抗和 X01串联后再串化并，使两频率的实部电阻相等（ RBp1=RBp2， RBp1=Ra1化并串化并， RBp2=Ra2串化并），也就是两频率在OB点的阻抗圆直径相等。并联 X02后，使虚部电抗值小的得到了增加，虚部电抗值大的进行了减少，并联 X02使两频率的虚部电抗值在OC点的绝对值也相等，它们再并化串到OC点 ZC后，两阻抗模值相等（），其中实部电阻相等（ RC1=RC2），虚部电抗值相等 XC1=XC2（并化串后同性质时）或绝对值相等（并化串后反性质时）。

也可从天线对两频率的实部电阻 Ra选择并联 X02的性质，实部电阻 Ra小的串化并后的 RBp电阻增加得多，使它等于另一个频率 Ra的串化并值 RBp（ RBp1=RBp2），选择 X02的性质与实部电阻 Ra小的频率串 X01后虚部电抗串化并后的电抗性质相反。这是因为：实部电阻 Ra小的频率串 X01后较大的提升了串化并电阻 RBp，实部电阻 Ra大的频率串 X01后较小的提升了串化并电阻 RBp，使它们串化并后的实部电阻相等（ RBp1=RBp2）、也就是说，串 X01后两频率的阻抗圆直径相等，但两频率虚部电抗的串化并值并不相等，必然是实部电阻小的虚部电抗值较小，实部电阻大的虚部电抗值较大，才使它们串化并后的RBp1=RBp2。选择 X02的性质与实部电阻 Ra小的频率的串化并后的虚部电抗性质相反，使实部电阻 Ra小和虚部电抗值小的频率并联 后虚部电抗值增加fffff5

02

选择 X02的性质实部电阻 Ra大的频率的串化并后的虚部电抗性质相同，就加大了部电阻 Ra大的虚部电抗并联后的电纳值Y，使实部电阻 Ra大和虚部电抗值大的频率并联 X后虚部电抗值Bp减小02

并联 X02，使天线虚部电抗和 X01串联电抗串化并后的电抗值 XBp大的减小，虚部电抗 XBp小的加大，它们再并化串到OC点时，2个频率的阻抗模值 ZC相同，实部阻抗相等（ RC1=RC2），虚部电抗模值相等（）。并联 X02对频率 f1呈现的电抗值 X021和对频率 f2呈现的电抗值 X022不一样，对频率 f1呈现的电抗值 X021，与串联 X01对频率 f1的电抗 X011和天线对频率 f1电抗的串化并值并联，最终得出ZC1的等效阻抗。对频率 f2的电抗 X022，与串联 X01对频率f2的电抗 X012和天线对频率 f2电抗的化并值并联，最终得出 ZC2的等效阻抗。因为用两频率阻抗圆直径在OB点相等（OB1=OB2）计算出的 X01，又用2个频率在OC点的导纳模值相等（）计算出的 X02，这2个频率的天线阻抗转换到OC点后，实部电阻 RC1和 RC2相等，复数阻抗的模值也一样大，使虚部电抗的绝对值也相等，只不过虚部是不同性质的感抗或容抗，从而降低了双工网络的视在功率，也为天调网络的匹配设计带来了方便。

[1]刘洪才，李天德，李栋等．广播发射与卫星传输理论基础[M]．中国广播电视出版社，2002．

[2]谢苏汉．DX中波发射机与天馈线网络[M]．陕西科学技术出版社，2013．

（作者单位：宝鸡广播转播台）

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