移相在发射机阻抗匹配网络输出中的应用

杨鲜辉 刘向阳

摘 要： 中波广播发射台站是我国广播体系中的重要分类，多数建在地势较高周边环境平整广阔的地域，夏季多雷电天气，严重影响中波广播的安全播出工作，在全固态中波广播发射机有效防雷电形式中，选择适当的输出匹配网络，结合天线底部半球放电和匹配网络中的石墨放电，在此基础上，可以完美解决雷电天气对发射机的干扰，实现安全播出，高效运作的目标。

关键词： 阻抗匹配；移相网络；网络；T网络

前言：阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。史密夫图表上。电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。

共轭匹配：在信号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比K，当两者相等，即K=1时，输出功率最大。然而阻抗匹配的概念可以推广到交流电路，当负载阻抗与信号源阻抗共轭时，能够实现功率的最大传输，如果负载阻抗不满足共轭匹配的条件，就要在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络，将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭，实现阻抗匹配。

匹配分类：大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。

要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密夫图表上。

1、改变阻抗力

把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。重复以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。

2、调整传输线

由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配。

中波广播发射是一门专业技术较强的技术，在科学技术迅猛发展的今天，中国广播发射技术进入数字化、固态化、自动化的先进时代。阻抗匹配不仅要把输出阻抗调整为零，完成匹配。当发射天线遭雷击时，塔底放电而使底部电位升高，为防止功放管被高压损坏，必须在塔基短路瞬间发射机输出口也是短路状态。为达此效果，必须使两点的电位差为180°的整数倍，因为网络插入元件会有一定的相移就导致了综合移相与∏的整数倍有偏差，为使相移补偿为180°的整倍数就应该插加移相网络。

一是当T网络输出端的馈线输入短路时，通过T移相网络使功放侧的等效阻抗呈纯感性，当T网络输出端的馈线阻抗为时，通过T网络移相，在T网络输入等效为纯感抗，限制了功放电路的电流。

二是当塔基在雷电放电短路时，在发射机T网络输出口的馈线输入端也应是短路状态。根据长线理论，要做到这一点就必须使塔基短路时，到发射机T网络输出口的馈线输入端的短路相位是180°（ ）的整数倍，只有是180°的整数倍时，才能在塔基放电短路时，在发射机输出口的馈线输入也呈短路状态。由于从发射机输出到塔基的所有部件（馈线的长短，匹配网络，防雷器件等）都会有一定的相移，综合后的相移和180°的整数倍会有出入，为了把相移补偿到的整数倍，通常接入移相网络。

若移相网络的负载是纯电阻ZC（ZC是馈线的特性阻抗），则连接移相网络后其输入电阻仍为ZC，输入电流和输出电流幅度不变，仅有一相位差，所以接入移相网络后并不影响发射机和天馈线的阻抗匹配。

3. 移相网络

移相网络可用T和π网络。

a.T网络

取上边符号为低通网络，φ为正值（-φ为负值），即输出电流比输入电流相位滞后，取下边符号为高通网络，φ为负值，相位超前。

发射机输出的T网络就是一个移相网络，若馈线阻抗Zc为50Ω时，当T网络输出短路时，T网络输入阻抗为j50Ω感抗（电感上电流滞后电压90°）。

则：

发射机输出移相的T网络

b.π网络。

当X1取负，X2取正，仍是低通滞后移相网络，当X1取正，X2取负是高通超前移相网络。

若移相-45°，则X1取负，X2取正：

当防雷移相网络需要移相多少度时，代入该计算公式，选择超前或滞后网络，并计算和的大小及性质。

由于塔基至发射机输出的环节较多，各环节的相移计算比较烦琐，在实际运用中可用测试来看相移量。當天馈网络匹配调整完成后，把塔基放电球短路，在不接入相移网络的情况下在发射机输出口的馈线端测阻抗值，并从阻抗圆图上找出相移角，根据相位角的大小，再计算超前或滞后移相网络，当接入移相网络后在馈线输入端测阻抗，这时馈线输入端也应为短路状态，如有误差，可微调该移相网络。

结束语：中波广播发射台肩负着无线广播传输的伟大使命，对安全播出时间有着严格的停播劣播要求，雷电天气期间对安全播出有着较大的影响，选择合适的T型或П型输出匹配网络来匹配天调系统（由于从发射机输出到塔基的所有部件馈线的长短，匹配网络，防雷器件等都会有一定的相移）。在此基础上，可以有效解决雷电天气对天线系统的干扰，保证了发射机稳定工作，提高了安全播出的效率。■

参考文献

[1]解苏汉.《DX中波发射机与天馈网络》.