中波网络（精选7篇）
中波网络 篇1
目前,全固态发射机已广泛应用于中波发射,其性能远优于电子管机器,调配网络不属于固态发射机的部分,但其在中波发射中又是必不可少的一部分。如果天线匹配不好,反射过大时,电压驻波比保护电路工作,发射机自动降功率直至关机,此外,天馈系统匹配是否良好关系到高频信号能否在负载获得最大的有效功率输出。
天线调配网络是发射机与天线之间的“桥梁”,除要考虑阻抗匹配之外,还应考虑邻频干扰和防雷问题。调配网络主要由阻抗匹配网络、滤波网络和防雷组件组成,双频共塔网络还应加预调网络。其系统框图如图1所示。
1 防雷措施
中波天线一般高达几十米甚至一百多米,雷雨天气容易招引雷击,故需在设计调配网络时要考虑增加防雷保护措施。调配网络的防雷保护措施一般由3部分组成,即石墨放电球、隔直流电容C0与微亨级的电感L0组成,如图1所示。石墨放电球一端应有良好的接地,在接地端的铜棒上串接40～50个磁环,这样在雷击时能够提高发射机的短路射频阻抗,保护发射机;由于雷电的能量集中在低频和直流部分,所以隔直流电容C0就是起隔离保护作用;而电感L0为天调网络提供一个静电泄放通路,由于微亨级L0是并入主回路的,对天线阻抗有一定影响,故在计算天线阻抗时应把L0考虑在内。在阻抗匹配网络设计时一般串臂选用电容、并臂选用电感其作用之一也是为了防雷。
为进一步防雷,可在调配网络与发射机之间加一相移网络,使天线放电球处的相位与发射机输出口处的相位差为π的整数倍,其目的在于当天线放电短路时,保证发射机输出端口处的阻抗也为零,呈短路状态,从而避免雷电对发射机末级功放的损坏。
2 预调网络
预调网络就是加在天线底部的一个τ型网络。之所以要加预调网络,是由于双频共塔发射时,两频率间隔较远,天线对两频率的特性阻抗相差较大,若不经过预调网络直接并入,会因阻抗的差异而造成天线端的电压、电流差异很大,导致天线端的泄漏电压相差也很大,容易造成串音;还会造成一路阻塞网络或阻抗匹配网络的视在功率很大,不但加大了损耗,也增加了不稳定因素。
3 滤波网络
滤波网络,其作用是抑制本频率以外的干扰频率,常见的滤波方法有带通滤波器和串、并联谐振网络等,其中串、并联谐振网络应用比较广泛。常见的LC滤波网络有两种方式,一种是LC串联网络,一般并联接入调配网络,其原理就是串联谐振网络谐振时阻抗为最小;另一种是LC并联网络,一般串联接入调配网络,其原理是并联谐振网络谐振时阻抗为最大。几种常见的滤波网络如图2所示。
分析:图2(a)为最简单的LC串联谐振滤波网络,LC串联谐振于干扰频率f1,f2信号经LC串联谐振网络后接地从而滤除f1,这种网络的缺点是由于LC串联网络直接并入调配网络,故在设计调配网络时要计算该部分的阻抗。
图2(b)和2(c)为两种改进后的串联谐振滤波网络。图2(b)中LC串联谐振于干扰频率f1,滤除f1信号,LC串联后再与X并联谐振于f0。图2(c)图中LC先并联谐振于f0,LC并联后再与X串联谐振于f1,滤除f1信号。这两种网络的优点就是都有并联谐振于f0的网络,在设计调配网络时由于并联谐振于f0网络的阻抗较大且是并入调配网络,故可忽略该部分的阻抗,减轻计算量。
图2(d)为并联谐振滤波网络,该网络中LC并联谐振于f1信号,串联接入调配网络,当并联网络谐振时阻抗最大从而滤除f1信号,该网络多用作阻塞网络。
4 阻抗匹配网络
阻抗匹配网络的作用是使天线的输入阻抗Rin+jXin和馈线的特性阻抗W相匹配,其主要类型有τ型、T型和π型三种。
4.1 τ型网络
τ型网络所用的元件较少,应用较广泛。τ型网络又分为正τ型网络和τ倒型网络,如图3所示。
①正τ型网络:当馈线的特性阻抗W>>Rin时,选用正τ型网络。
分析:由图3(a)可知:
②倒τ型网络:当馈线的特性阻抗W<<Rin时,选用倒τ型网络。
分析:由图3(b)可知:
4.2 T型网络
当W、Rin均较小时,选用T型阻抗匹配网络,T型阻抗匹配网络可看作由一个倒τ型网络和一个正τ型网络组成,如图4所示, R0为中间转换电阻,W<R0且Rin<R0,选择合适的R0使得Q值符合要求。
分析:由图4(b)可知X1X′3组成倒τ型网络,X2X3″组成正τ型网络, 其中X3=X′3//X″3。
由公式(3)-(4)求出X1X′3:
由公式(1)-(2)求出X2X″3:
4.3 π型网络
当W、Rin均较大时,选用π型阻抗匹配网络,π型阻抗匹配网络可看作由一个倒τ型网络和一个正τ型网络组成,如图5所示, R0为中间转换电阻,W>R0且Rin>R0,选取合适的R0使得Q满足要求。
分析:X′1X2组成正τ型网络,X″1X3而组成倒τ型网络,其中X1=X′1//X″1。
由公式(1)-(2)求出X′1X2:
由公式(3)-(4)求出X″1X3:
5 实例分析
本文以某电视台10kW数字调制发射机的天调网络为例分析, 1098kHz天调网络由防雷组件、陷波网络和阻抗匹配网络组成,如图6所示。
5.1 防雷组件
1098kHz天线调配网络的防雷组件由L0、C0和石墨放电球构成,其中C0对雷电起隔离作用,L0起静电泄放作用,而石墨放电球具有良好的放电特性,能提高发射机的短路射频阻抗,保护发射机。
5.2 陷波网络分析
陷波网络采用改进后的先并后串的方式,先由LC并联谐振于1098kHz,再与X串联谐振于被陷频率。由于这种陷波网络的阻抗高且并联于调配网络,故不会影响匹配网络的阻抗,所以b、c两点的阻抗都为50Ω。
①陷1341kHz网络分析:
陷1341kHz网络由L4、C3和L5组成,L4C3先并联谐振于1098kHz,再与L5串联谐振于1341kHz。
选择C3=1500pF,又由于
XL4=jωL4=j(2×3.14×1341×14.02×10-13)=
j118.07Ω
则
②陷927kHz网络分析:
陷927kHz网络由L2、C1、C2和L3组成,L2、C1先并联谐振于1098kHz,再与C2L3串联谐振于927kHz。
由上可知:XC1//XL2=XC3//XL4=-J234.19Ω
5.3 阻抗匹配网络分析
已知天线的输入阻抗为230+j305.24,某电视台使用馈线的特性阻抗为50。由于W=50<<Rin=230,所以阻抗匹配网络应选用倒τ型网络,该天线调配网络的阻抗匹配网络由C0、L0和L1组成。由公式(3)-(4)可求出:
故并臂电感为:
串臂采用电感L1与C0串联的接法,其目的是为了给C0找一个标称值,并方便调试,选择
则:XL1=X1-XC0=-j171.04+j193.36=j22.32Ω
所以:
6 结束语
天线调配网络在中波发射过程中是一个很重要的部分,调配网络是否匹配直接关系到高频信号能否在负载上得到最大的功率输出,另外,如果天线不匹配反射过大,则会对发射机的性能有所影响。故在平时的工作中应重视天调网络的维护,常检查做好防护工作。
参考文献
[1]陈晓卫.全固态中波广播发射机使用与维护[M].中国广播电视出版社,2002.
[2]刘迎晨.数字调幅中波广播发射机天线调配网络的设计[J].中国科技信息,2006(11):212-213.
[3]丁根生.中波天线调配网络与调配方法[J].西部广播电视,2006(2):47-49.
中波天线调配网络防雷改造 篇2
通常将雷击分为直接雷击和感应雷击:直接雷击是指由于闪电直接击中目标;感应雷击是指在雷电放电过程中, 强磁场对目标物的感应。不管是直击雷还是感应雷, 其电压有极大的峰值和坡度, 在雷击的瞬间其电压非常高, 可达数十甚至百万伏, 持续时间很短, 只有几微秒到几十微秒。雷电引起的电压是一种脉冲电压, 其主要成分为直流+低频。由于雷电的这些特点, 必须将雷电导入大地, 否则一旦串入技术设备, 将对设备造成重大损坏。
我国有数百座中波发射台, 其发射天线的高度达数百米, 中波天线的防雷是首先必须要考虑的问题, 为此, 要求天线调配网络具有良好的防雷效果。早期天线的调配网络采用的是电容接地, 其对雷电的防护作用较弱, 随着对雷电认识的不断提高, 很多发射台对调配网络进行了改造, 采用了电感接地的调配网络, 在保持原有电气指标的前提下, 防雷效果显著提高。下面针对某台天线调配网络改造进行分析。
2 改造前的调配网络
改造前, 该台中波天线的调配网络采用的是电容接地的方式, 其天线调配网络的原理图如图1所示, 图2为天线调配网络的实物安装图。
从图1中可以看出, 匹配网络采用了倒L网络, 在天线端采用了电容接地的方式, 而且电容使用的是现在已经很少使用的磁饼电容, 由于这种电容不是连续可调的, 因此需要使用若干个电容进行串并联组合, 这样做对网络匹配参数不能达到精确调整的目的。另外, 虽然铁塔底座安装有放电球, 调配网络中接有静电泄放线圈, 且发射机还有特别灵敏的天线驻波比保护电路, 但总的防雷效果仍然不是很好, 电容接地的方式对雷电的吸收效果较差, 以直流成分为主的雷电, 很容易从电感进入发射机, 引起发射机驻波比保护或损坏功率模块等, 造成停播。
3 改造方案设计与实施
通过对原有电容接地系统的分析, 为了达到阻抗匹配和有效降低雷电的影响, 我们对原有的天线调配网络进行了重新设计, 将电容接地改为电感接地。
3.1 网络设计
为保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”, 避免能量从负载反射到信号源, 使传输功率能量最大, 传输线路阻抗必须完全匹配。需要匹配的电路包括:发射机输出与馈线之间的匹配、馈线与天线网络输入端的匹配、调配网络输出端与天线之间的匹配等。由于发射机发射的频率属于高频, 对于高频来说, 馈线上的寄生电感、分布电容以及导线电阻, 均对匹配网络具有明显不可预知的影响。为了能够达到良好匹配, 网络都需要进行适当调谐。在设计调配网络时, 首先要确定调配网络的结构类型, 并计算出相应电容、电感的元件数值。调配网络的电路设计如图3所示。
在图3中, 馈线阻抗和天线阻抗, 可通过矢量阻抗电桥和网络分析仪实际测量得到。电感和电容的大小需要通过计算得到, 计算的方法有两种:一种是通过公式人工进行计算, 另一种是通过一些软件按照输入输出阻抗要求直接获得。这次我们采用了Smith V2.03软件, 对网络参数进行设计。史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法, 是最著名和最广泛的用于求解传输线问题的图解技术, 主要用于传输线的阻抗匹配。要设计一套匹配网络, 需要通过不少繁琐的计算程序, 史密斯圆图的特点是可以省去一些计算程序, 不仅能设计出最大功率传输的匹配网络, 还能帮助设计者确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。
对于工作频率639k Hz, 经实际测量, 得到天线阻抗为ZL=100-j152Ω, 馈线阻抗为Z0=75Ω。在确定上述两个参数后, 可以通过Smith V2.03软件, 设计出防雷型主调配网络, 软件的计算界面如图4。
在图4中, 左上角为人工输入的网络图, Smith V2.03软件根据网络的输入、输出阻抗和网络的结构, 可自动将网络元件的数值显示在界面中, 我们可以看到, 电感L=24.5μH, 电容C=1.8n F。由此, 匹配网络中主要元器件的大小就确定了。
3.2 电气参数计算
通过测试, 获知发射天线输入阻抗为ZL=100-j152Ω。在载波状态下, 发射天线辐射功率为Pt=400k W。由此, 可以计算出各点的电压电流值。
(1) 发射天线输入端载波电流的有效值为:
加100%调幅后电流有效值为:
发射塔输入端载波电压的有效值为:
加100%调幅的电压最大值为:
(2) 电感L的电流
在载波状态下, 通过电感L=24.5μH的电流有效值为:
加100%调幅的有效值为:
(3) 电容C的电流与电压
在载波状态下, 通过电容C的电流的有效值为:
加100%调幅的有效值为:
设计的电容C=1800p F, 其阻抗XC为:
在载波状态下, 电容C两端电压降的有效值为:
加100%调幅的电压最大值为:
3.3 器件选取
通过软件模拟计算知道电容容量为1800p F, 通过电气计算可以得到电容上承受的电压是29281.4V, 同时要求电容应该能够进行微调, 按照上述要求选取电容。通过市场考察, 我们选取了一个1000p F的固定电容和一个1200p F的可调电容并联使用来满足要求, 两个电容的耐压值都为35k V。同时, 考虑到实际使用中更换电容时间较长, 为了缩短由此引起的停播时间, 采用了用一备一的方式, 安装了两组电容, 一旦其中一组电容发生问题, 立即倒换到另外一组。
对电感的设计较为复杂, 主要是要求电感线圈能够承受143.36A的电流, 市场上没有直接购买到的产品, 需要计算设计好线圈的尺寸, 并由专门的厂家加工。加工时, 对线圈的工艺要求比较高, 要求焊接点要接触良好、弧度均匀、各匝之间的距离要相等、固定架有很好的绝缘效果, 同时受热不能变形等。根据电感线圈的电气参数, 我们对线圈的大小和各项尺寸计算如下。空心线圈电感量的计算公式如下:
公式 (1) 中:
L——电感量 (μH)
D——线圈直径 (cm)
N——匝数
dd——匝距
d——管径
我们已知电感量理论值是24.5μH, 留出调整量, 设计电感应不小于30μH。根据电感上通过的电流值, 可确定线圈使用铜管的直径, 结合其他单位实际使用的情况, 选取直径为50mm的紫铜管。对于线圈的直径, 根据制作的难度和施工现场的要求, 选取直径为50cm。线圈匝间距选取为3cm, 通过已经选择的几个参数, 按照公式 (1) 就可以计算出线圈匝数了。通过计算, 匝数N为11.8, 实际制作时按照12匝制作, 线圈的长度为0.96m。根据上述选取的元器件, 实际使用的调配网络如图5所示。
3.4 工程的实施
按照设计方案, 当选取的器件备齐后, 需要做如下几项工作。
(1) 要对1200p F真空电容进行打压试验, 而且交流、直流都要做。在做耐压试验时, 在35k V档至少保持30分钟以上, 一方面是检查电容的好坏, 另一方面将电容内部波纹管的一些毛刺打掉, 防止在实际播出中由于电容未老练有毛刺打火引起停播。
(2) 要对制作好的电感线圈进行仔细检查:匝距是否均匀、焊接口是否平整、是否有缝隙、线圈弧度是否均匀等。
如果电容、电感没有问题, 就可以进行安装了。安装时, 要求一定要设计好各器件的安装位置, 包括器件与墙壁之间的距离、器件之间的距离, 如果设计不好, 很有可能引起对调配室内的屏蔽层打火。各器件之间的连接使用直径为40mm的铜管, 电感线圈的接地端使用1.5mm厚、8cm宽的铜带连接。特别要注意的是, 由于电感上的电流较大, 电感与接地铜带之间的连接一定要接牢, 接触面积一定要尽量大, 否则连接的地方很容易发热。图6是我们改造完成后的调配网络。
各元器件连接完成后, 需要先通过仪器测试网络的参数。测试仪器可以使用网络分析仪和矢量阻抗电桥。使用仪器时, 一定要注意天线感应回来的电压, 可以使用示波器先测量感应电压, 如果在仪器标注的安全电压范围内就可以使用。将发射机合成器的输出部位断开连接, 然后使用上述两种仪器分别测试, 调整电容和电感的大小, 使输出口的阻抗尽量达到75Ω。最后我们将电容调整到1752p F, 电感调整到24.3μH, 由此, 在发射机输出口测试天馈线的阻抗是76+j0, 满足设计要求。
3.5 改造后的实际效果
改造完成后, 设备工作稳定, 为了测试实际播出覆盖效果, 我们对改造前后的场强分别进行测试对照。
两次测试的环境保持一致, 发射机开载波功率300k W, 测量不同方向相对开阔地点的场强作为对照参考。
使用的测量仪器为EMR 300型电磁分析仪。要求前后两次测量所使用的金属杆、仪器的位置与高度、人与测量仪保持的距离均一致, 以下为测量结果。
(1) 测试点1:发射天线西侧一角, 距离约1.5km, 测试仪器高度1.90m。
改造前测量:E=13.55 (V/m)
改造后测量:E=13.55 (V/m)
(2) 测试点2:发射天线东测的无障碍路面, 测试仪器高度1.95m。
改造前测量:E=18.37 (V/m)
改造后测量:E=18.78 (V/m)
(3) 测试点3:发射天线北侧, 公园门西侧, 靠铁栅栏旁, 测试仪器高度1.95m。
改造前测量:E=16.94 (V/m)
改造后测量:E=16.16 (V/m)
通过场强对比, 可以看出改造前后的场强基本上没有变化, 说明本次调配室改造没有影响原有的覆盖范围。
4 小结
中波网络 篇3
中波广播以地波和天波两种方式传播。所谓地波就是从天线辐射的沿地球表面向四周传播的电磁波。因中波频率较低,地波场强虽随传播距离增加而衰减,但衰减较慢,可以形成一个稳定的服务区,约几十或几百公里。覆盖半径主要取决于发射机功率、频率、极化、天线增益及传输路径和地导系数。因为垂直极化波的地波衰减比水平极化波慢得多,所以以地波服务的中波广播发射台都采用垂直极化天线。在夜间,能够强烈吸收中波的电离层D层消失之后,中波天线以高仰角辐射的那部分电波将被电离层E层反射回地面,形成所谓的天波,可以传播几百或上千公里。但因传播衰减较大且不稳定,中小功率的电台天波更弱,虽不能形成稳定的服务区,却可对远区的同频或邻频造成干扰。所以一副调整好的中波天线应尽量减少天波的辐射,尽量增大地波的场强。
1 设计原理
中波广播发射台一般不是一部发射机工作于单一频率。大部分地区的发射台采用共用天线和天线匹配网络及阻塞网络来满足多部发射机同时工作于不同频率,而共用同一发射塔的工作需要,一般采用双频共塔或三频共塔,也可以多频共塔,只不过是要满足每两个发射频率的间隔在100k以上,每两个共塔频率之比不小于1.25就可以安全工作。否则在设计、制造和成本以至于使用上都是不经济的,维护工作也很困难。尤其是广播数字化改造的今天,网络的设计和维护与传统的电子管发射机相比要求更高,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,也就是说既要让通带内的广播信号低损耗的通过,又阻止其他干扰信号通过,特别是邻近的其他广播信号倒送过来,这就不得不使用匹配网络和阻塞网络。实际工作中还应考虑我国南北气候变化、季节变化、土壤干湿对天线和发射机接地电阻随季节变化的影响。
特别要指出的是:天线处于双工或多频共塔时,其底部最大电压是两个或以上频率最大电压之和。如果发射机功率较大,必须考虑底座绝缘子的长度是否足够。
2 匹配网络
所谓匹配网络就是将铁塔的输入阻抗Rin+jXin和馈线的特性阻抗W相匹配的网络,有了良好的匹配网络就可以减少反射波,降低馈线上的驻波比。匹配网络可以用T型、∏型或倒∟型等四端网络。由于该网络元件少,易于调整,匹配网络的元件值是按照实测天线输入阻抗计算确定。尤其是全固态发射机和数字发射机的输出功率是由一定数量的功率模块的输出功率经功率合成后得到。当负载为纯阻并等于所要求的阻值时,各功率场效应管均工作于开关状态,加在场效应管上电流、电压的相位差接近90度,因此场效应管功耗很少,整机效率非常高,相比之下对匹配网络的要求就高。
由于天线的互逆性,高大的发射天线同样也是性能超群的接受天线,当本台的其他发射机正在工作或距离较近的大功率电台正好播出时,该天线就会接收到较高的高频电压。这类射频倒送无论对以往的电子管发射机还是今天的全固态发射机和数字发射机或何种发射机都带来致命的影响。
射频倒送现象对电子管发射机的影响就是串音。因为电子管本身能承受较高的电压,而且每个电子管能承受的热损耗都比较大,电子管的非线性及高输入阻抗就会在末级槽路产生出明显的互调产物——串音。
对于全固态发射机和数字发射机而言,由于场效应管工作于开、关状态,内阻低,虽然也会产生杂音和串音,但是比起电子管发射机来不明显。射频倒送对全固态发射机和数字发射机的危害主要有两个方面:一是射频电压倒送到功放电路,由于这类电路工作于开、关状态,要求激励波型具备陡峭的前后沿以减小场效应管的功耗。倒送严重时倒送电压和发射机激励电压叠加在一起,使激励波形发生畸变,场效应管的功耗加大,瞬间损坏大量场效应管。而且由于发射机激励电压和射频倒送电压相叠加,使欠激,过激等检测电路不能正常工作。二是射频电压倒送过大会使驻波比检测电路报警,使发射机自动保护或自动关机,造成播音中断。
要有效抑制射频倒送,就要使发射机特性阻抗和馈线特性阻抗完全匹配,就要有良好的阻塞网络。
3 阻塞网络和抵消网络
所谓阻塞网络就是用感性阻抗元件和容性阻抗元件组成的谐振网络及抵消原件组成的抵消网络抵消对工作频率所呈现的电抗。常选用一组LC并联谐振网络,在其谐振频率上呈现很大的阻抗(如几十千欧),可以阻止该频率信号通过,对于其他频率则是某一电抗,可以看作是匹配网络的负载有些变化或天线输入阻抗的电抗部分增加了一个电抗,重新计算,匹配一下即可。用计算方法可确定阻塞元件和抵消元件的数值,根据现有的元件进行设计,这样设计出的网络也容易实施,方便设计和调整。实际工作中还需使用平衡电桥多次测算和修正才能使设计方案适合于实际工作需要且便于以后使用和维护。
另外,当一个中波台有两副以上天线且距离较近时,其感应电压就会产生干扰,严重时就可使某些PDM机和DAM机自动封锁。所以在天调系统中要接入一个或几个阻塞网络以减少其他天线的干扰。这些阻塞网络可以是L、C并联谐振网络,也可以是并联旁路的L、C串联谐振网络。通常选最经济安全的一种。当然,在天线输入端加入了这些网络后,匹配网络也需重新计算和调整,才能确保天线和馈线完全匹配。
4 设计使用实例
我台采用三频共塔发射,三部发射机分别工作于中波540 kHZ,中波1 008 kHz,中波1 269 kHz。计算和设计图略。
为了降低匹配网络和阻塞网络的视在功率,阻止频率高的阻塞网络的电感值要小一些; 阻止频率低的阻塞网络的电感值要大一些。
对于1 269 kHz频率支路的阻塞网络就是要阻止1 008 kHz和540 kHz的射频倒送。因为三个共塔频率满足共塔要求,而且f3≫f2,f3≫f1,则抵消元件要取感性阻抗元件以便抵消阻塞网络呈现得容性阻抗。否则就会引起反射功率增大,轻则过荷、打火或保护性关机,重则损坏发射机,造成停播事故。
对于1 008 kHz频率支路的阻塞网络就是要阻止1 269 kHz和540 kHz的射频倒送。因为三个共塔频率满足共塔要求,而且f3≫f2,f2≫f1,所以阻塞网络既有感性阻抗又有容性阻抗,相比之下则抵消网络就必定同时要有感性抵消元件和容性抵消。
对于540 kHz频率支路的阻塞网络就是要阻止1 008 kHz和1 269 kHz的射频倒送。因为f2≫f1,f3≫f1,所以阻塞网络呈现感性阻抗。抵消元件就可以取容性阻抗。
通过计算就可大体确定阻塞网络和抵消元件的数值。实际安装时要注意分层次安装,不同频率支路安在不同平面的铁架上,以便隔离屏蔽,同一层面小范围内最多只能安装三个电感线圈并且方向要三维垂直,以便减小相互影响,电感线圈的引线在电感线圈内部走,不用的较大电感余量要短路,电感线圈要留有余量,以便安装调整。这样一来就可以调试出安全稳定的阻塞网络和抵消网络,确保共塔发射的各个频率互不干扰地工作于同一个发射天线上,达到共用天线的目的。经实际使用,我台的三频共塔天线运行安全、工作稳定、维护方便、确实可行。
5 新型天线发展方向
中波广播发射天线,常用单塔天线或带顶负荷的单塔天线,现在多采用并馈式中波天线,由一个导线铁塔和周围一组导线组成,这些导线上端与铁塔连接,下端接棒型绝缘子。也是一种垂直振子,辐射原理与一般单塔天线一样,不同的是它的支持物是底部直接接地不馈电,馈电线只与铁塔四周的导线相连。相当于在垂直振子的输入端并联了一个很大的电抗。优点是不用铁塔底座绝缘,也不用筒形绝缘,塔身直接接地,有利于防雷击,也有利于综合开发利用。比如在本天线顶端安装FM天线。如使用自立式铁塔作支持物,还可节省大量拉绳及其地锚的占地,尤其是在功率较大还需要双频共塔或多频共塔的中波台。所以有慢慢推广之势,或者说中波广播发射天线又多了一种选择。只不过要注意并馈点的高度与工作频率及整个塔高有着密切关系,要仔细选择,通常通过模拟天线实验来确定。此类天线在国外早已使用,近几年我国一些电台使用后效果也不错,大有推广普及更新换代之态势。
6 结束语
中波广播共用天线,匹配网络及阻塞网络连同抵消网络是相互依存的,缺一不可,否则不能完成工作需要,更谈不上优质安全完成广电总局的 “三满”要求和“十二字”方针。只有不断努力探索,不断改进,在实际工作中不断完善才能协调好各自的关系,把发射工作推向新的高度,迎接数字化浪潮的冲击,走出中波广播发展的新路子,把工作做好、做大、做圆满,走出现代化的数字中波广播发展步伐。
参考文献
[1]陈晓卫.全固态中波广播发射机使用与维护[M].北京:中国广播出版社,2002.
中波天线抗干扰网络的研究 篇4
现今, 微波系统的设计越来越复杂, 对电路的指标要求越来越高, 电路的功能越来越多, 而设计周期却越来越短。传统的设计方法已经不能满足微波电路设计的需要, 使用微波EDA软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。目前, 国外各种商业化的微波EDA软件工具不断涌现, 微波射频领域主要的EDA工具有Agilent公司的ADS, Ansoft公司的HFSS、Designer, AWR公司的Microwave Office (MWO) 等电路设计软件。
1 串并联网络
根据电路知识我们知道, 并联谐振网络对其谐振频率呈现很大的阻抗, 阻止该频率通过;而串联谐振网络, 对其谐振频率呈现极小的阻抗, 起到通路的作用。利用这一原理, 我们设计了如图1所示的串联并联相结合的网络来实现滤除干扰信号。
如图1所示, 将此抗干扰网络放置在发射机主馈与调配网络之间, 我们将并联的LC部分调试在主路信号中心频率的谐振点上, 此时并联谐振对主路信号呈现高阻抗, 对干扰信号该网络呈现失谐状态而具有容抗或感抗, 此时只需调试与并联部分相串联的L2或C2, 使其串联谐振在干扰信号上。这时整个串并联网络对干扰信号呈现旁路接地而滤除, 而又使主路信号不受影响。有几个干扰信号就用几个这种串并联网络。在实际应用中, 在设计网络的时候, 要根据发射功率的大小计算各电感及电容元件的耐压及耐流。
以江苏某中波台为例, 某中波天线发射频率为1098kHz, 不远处有另外一副中波天线发射1341kHz频率的信号, 为了不使1098kHz受1341kHz的影响, 设计如图2的网络接入发射机主馈和调配网络之间:
对这部分网络电路进行仿真, 仿真电路见图2。为了说明问题, 设置1098 kHz±10kHz和1341 kHz±10 kHz两段频率。仿真结果如图3所示。
从上面的仿真结果我们可以看出, 1098kHz±10kHz频段内插入损耗几乎为零, 1341kHz±10kHz频段内载频 (中心频率) 信号隔离度可以达到60dB以上, 边频的隔离度可以达到10dB以上, 这种情况下, 干扰信号不会造成主路信号特性变化。因此, 此抗干扰网络对1098kHz的主路信号不受影响, 对1341kHz干扰信号呈现旁路接地而滤除。
根据图1的原理, 我们不难得出其另外一种变型, 如图4所示。此时, 将串联的L1和C1部分调试在主路信号中心频率的谐振点上, 此时串联谐振对主路信号呈现极低阻抗的通路状态, 对干扰信号该网络呈现失谐状态而具有容抗或感抗, 此时只需调试与串联部分相并联的L2或C2, 使其并联谐振在干扰信号上。这时整个串并联网络对干扰信号呈现高阻抗, 起到阻塞作用, 而又使主路信号不受影响。同样, 有几个干扰信号就可用几个这种串并联网络。
还是以1098kHz和1341kHz为例进行仿真, 仿真结果图5所示。
从上面的仿真结果我们可以看出, 1098 k Hz±10 k Hz频段内插入损耗几乎为零, 1341k Hz±10k Hz频段内载频 (中心频率) 信号隔离度可以达到46dB以上, 边频的隔离度可以达到14.9 dB以上, 这种情况下, 干扰信号不会造成主路信号特性变化。因此此电路对1098kHz的主路信号不受影响, 对1341kHz干扰信号呈现阻塞作用。
2 带通滤波器抗干扰网络
在发射机与馈线之间串入一组带通滤波器抗干扰网络, 这样可以使主路信号以外的干扰信号全部滤除而不会干扰发射机正常工作。一般采用如图6所示的三阶滤波器网络就可以达到目的。
北京某中波台有900kHz、747kHz和1098k Hz三个频率的发射信号。其中747 kHz和1098 kHz频率的信号对900kHz频率的信号影响较大。根据此情况设计如图7一个三阶滤波器网络串联到900kHz频率的发射机和主馈电缆之间。
对这部分网络电路进行仿真, 仿真结果如图8所示。
从仿真结果可以看出, 此滤波器网络对900k Hz主路信号的插入损耗几乎为零, 对747 kHz频率的信号可以达到大约-33dB的隔离度, 对1098 kHz频率的信号可以达到大约-40dB的隔离度。所以此滤波器网络对900kHz的主路信号起到的是通过的作用, 对747 kHz和1098kHz频率的信号起到的是滤除的作用。
3 结论
利用本文所述的串并联抗干扰网络或带通滤波器抗干扰网络, 可有效的滤除天线场区内其他中波天线同时工作时对发射机的干扰, 从而保证了发射机的安全播出。具体采用上述两种方法中的某一种, 可根据具体场区内干扰信号的数量与大小等情况来确定。
摘要：本文通过传统谐振网络及滤波器知识, 设计了两种中波天线的针对性抗干扰网络, 并通过微波电路仿真计算验证了其正确性, 为中波天线的安全播出技术提供了参考。
关键词：中波天线,抗干扰,网络
参考文献
[1]范世贵.电路基础.西北工业大学出版社, 2007.
[2]李孝勖.广播电视技术手册天线分册.国防工业出版社, 1995.
中波天调网络的防雷措施 篇5
随着科技的进步和发展, 广播发送设备也有突飞猛进的发展。目前, 广播发射机均已使用全固态发射机, 其输出功率均由多只MOSFET场效应管组合而成。功放模块虽然效率高, 但是其安全工作电压较低, 所使用的场效应管极易击穿而损坏, 为了防范雷电产生的强电压、大电流损毁广播设施及设备, 采取措施防范雷击是广播发射机天调网络的重要环节。而技术的进步和更新, 对天调网络的要求也越来越高, 须采取多重措施进行防雷。
1 雷电的特性
雷电是云与云之间或云与地之间产生的放电现象。
所谓雷击, 是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层或者是对大地之间迅猛放电, 也就是说, 是大气中携带正负电荷的云层碰撞时能量激烈释放的过程。它产生的强大的雷电流可达数十至数百千安培, 其时间极短:1~4us, 主放电时间为30~50us, 主放电的温度会达20000度, 它通过电磁效应, 静电感应以及直接雷击等作用对房屋建、工业设施、电气设备等造成巨大危害。
雷电雷击点通常选择在地面电荷最集中的地方, 也就是地面电场强度最大的地方。 (1) 地面上导电良好的地形特别突出的地方, 比附近其他地方密集了更多的电荷, 那里的电场强度也就越大, 成为遭受雷击的目标。 (2) 在地面上特别突出的地方离雷云最近, 例如旷野中孤立的大树、单独的房屋、小丘顶部、房屋群众中最高的建筑物的尖顶、高塔等都是最容易遭受雷击的地方。
2 避雷原理
避雷的原理就是采取措施把电荷导入大地, 使其不对高层建筑物或高塔构成危害。 (1) 对高大建筑物群做等电位连接线, 引下线接地。 (2) 把闪电的强大电流传导入大地, 从而防止闪电电流流经设备。 (3) 接地目的就是把雷电流通过低电阻的接地体向大地泄放从而防护设施。
3 天线的防雷
天线通常是附近最高的建筑物, 容易招引雷电。如果天线没有得到良好的保护, 由它引入的雷电将对发射机产生严重的破坏。雷击时, 由天线引进的雷电能量经打火隙入地。设放电电流为1000A, 若地阻是5Ω, 则塔基地电位就要瞬时上升到5k V, 而离它远处的地才是真正的地电位, 因此, 就会有很大的电流流入发射机。减少强大电流的措施一般有:
(1) 塔基接入放电球。当发射天线遭遇雷击, 天线底座造成极高的电压, 为了避免天线被雷击而产生的高电压进入发射机天调网络, 在天线底座用一对半球状金属放电球对地, 雷电产生的高压通过放电球对地放电, 使天线阻抗被短路入地, 发射机得到防护。
塔基放电球半径约为10cm, 两个半球最小间隙为1cm, 如果塔底高频工作电压峰值超过1万伏, 原则上按1k V/mm调整间隙。
(2) 减少地网地电阻, 天线地网是为射频信号提供回路, 减小地损耗, 提高天线效率, 同时也为雷电提供通畅的入地点。
(3) 接地要讲究, 地阻越小, 分流越小, 因此, 必须只有一个接地点, 机房也必须集中接地。
4 网络防雷措施
雷电的能量很大, 有极大的破坏力。人类至今对它的研究还很有限, 因此在天调网络须采取多重防雷措施 (图1) 。
(1) 加装石墨放电器。除天线基部安装室外放电球外, 在室内从天线输入端加装一对平行圆柱形石墨放电器, 其一端接天线, 另一端接地, 在接地引线上套有30-40只磁环。平行圆柱石墨的间隙可根据实际工作电压大小适当调节。
当天线遭雷击时, 石墨放电。石墨本身具有一定的阻尼放电作用。如果发射机处于正常运行期间天线遭遇雷击, 圆柱石墨放电器放电, 巨大的电流量通过接地引线流进大地, 穿于接地引线上的磁环产生反向电动势, 起到阻尼放电作用, 对发射机的高频能量不会完全短路。这样, 在发射机控制电路保护动作之前就起到保护作用。
(2) 微亨级的电感线圈Lo。天线串接一只微亨级电感线圈Lo到地, 由于电感线圈是由粗铜管绕制的, 而且铜管长度比较短, 其电阻分量很小, 雷电中的部分能量也通过Lo入地。
(3) 隔直流电容器Co。考虑到天线受雷击时, 还有一部分能量会经馈线去发射机, 为此, 又增加一道“防护墙”。Co的容量一般选择在1000~2000PF, 在中波频率上它不致产生过大的压降, 它的伏安量要选得大一些。当发射机输出功率越大时, Co选用的伏安量也应越大。
(4) 应用相移网络。在高频通路中的网络、传输线都会产生相移。当天线遭遇雷击放电球放电对地短路时, 发射机负载骤变, 这就容易造成发射机输出端过压, 损坏功放管。为了避免发射机负载骤变, 采用相移补偿网络, 其一端接馈线, 另一端接天调匹配网络。当塔基短路时, 在发射机保护动作之前, 发射机负载阻抗的变化还能够在允许承受的范围之内, 使网络负载的变化有个缓冲, 从而保护功放管的损坏。
移相网络的负载应为纯电阻w, w也是馈线的特性阻抗, 连接移相网络后其输入电阻仍为w, 输入电流和输出电流幅度不变, 但是有一相位差。即接入移相网络并不影响天馈线之间的阻抗匹配。移相网络可用T网络或兀网络。
由于天调网络的阻塞网络、匹配网络、隔直电容器Co、微亨电感Lo、甚至馈线的长短都在内的各元件组成, 各环节的相移计算比较繁琐, 在实际中采取测试法, 即:把塔基短路, 在不接入移相网络的条件下, 在机器出口处测阻值, 此时机器的出口处应为短路状态, 如果不对, 应微调之。移相网络可用输出网络中的微调网络替代。
5 结束语
广播发射台采取的防雷措施的好坏, 直接影响着天调网络的好坏, 而天调网络又影响着发射机功率的发射, 影响着发射机的工作效率。所以说天调防雷措施的应用不仅是天调网络的一个重要环节, 也是广播发射机整个系统中不可缺少的一个重要环节。
摘要：由于广播发射天线极易引雷, 如果天线没有得到良好的防护, 雷电将从发射天线直接进入调配室, 经过调配网络又进入发射机房破坏发射机及器件, 因此, 对发射台发射天线及其天调网络必须采取多重的防雷措施, 确保广播设施的安全。
关键词：天线,天调网络,防雷
参考文献
中波天调网络的设计与安装 篇6
中波天线一般离机房较远,需要一条较长的馈线来输出功率。为了使天线的输出阻抗(Ra+jXa)与馈线的特性阻抗(W)相匹配,减少反射波,降低馈线上的驻波比,提高效率,需要在天线与馈线之间接入一套网络(即中波天调网络)进行匹配。中波天调网络主要是由防雷网络、阻抗匹配网络和防高频干扰网络三部分组成,当多频共塔时,则要在防雷部分后加阻塞网络。
2 阻抗匹配网络
阻抗匹配网络是一种四端网络,可以是π型或T型线路。通常在实际运用中,我们采用Γ型网络,该网络所用元件少,易于调试。阻抗匹配网络主要是使发射机输出阻抗、馈线的特性阻抗和天线的输入阻抗严格匹配,并且有良好的通带特性。
3 阻塞网络
目前,大多数中波广播都是采用多频共塔。这就产生了频率之间相互串扰问题,需要增加一个阻塞网络,一是要通过本频信号,二是要阻塞它频信号。如图1所示。
阻塞网络配件电抗值的计算:中波并联谐振网络电容值大体一定,实际设计阻塞网络时可在1000PF到2500PF之间选定,再配电感与之谐振,阻塞网络元件承受的电流和电压有效值是多少?为了决定阻塞网络中使用的元件的额定功率,必须知道流过阻塞网络元件的电流和加在两端的电压。频率不同的电流之和有效值,为各电流的有效值平方之和的开方,故电感线圈电流与电容器电流的有效值为:
天调网络两端的电压有效值为:
阻塞网络电感元件在实际应用中是非常讲究的,过去安徽广播电视台池州发射台阻塞网络,一旦夏天来临之季随温度的升高,电感的温度也随之升高,网络的各种参数也随之变化,值机人员要适时调整天线调谐部份,严重时匹配阻抗值也有所变化,要求必须到天调室进行调试。这个问题长期困扰着台领导和维护人员,要买到合适的电感不但价格昂贵也不好买,所以在新台区台领导要求自行加工制作各种网络所需要的电感,彻底改变过去因电感问题而造成的天调网络故障。阻塞网络电感主要考虑通过的最大电流值,电感元件电流值=1.3*I电感,按3A/1mm的原则,如电感铜管直径10mm时,能承受的最大电流是30A。电感线圈应留有余量(+10%至30%)以便调试。电容元件除了满足工作需要的电压外,还要考虑功率容量。
电容元件电流值
电容元件电压值=
电容元件伏安量
调试方法:通过本频时阻抗不要过大,阻塞它频时,不但要在载频处呈现很大的阻抗,而且在上下边频处也要呈现较大阻抗,实际测试,断开阻塞网络,用电桥接阻塞网络两端,输入阻塞频率,使R读数在5K欧姆以上,越大越好,X在0左右效果很好。
5 防雷网络
防雷网络是为了减少强大的雷电对发射机和天线调配网络产生严重的破坏而采取的措施,是为雷电提供通畅的入地点。如图2所示。
安徽广播电视台池州发射台天调网络基本采用以下三种防雷方法。
第一,微亨级电感。L0在天线低部并联一只微亨级电感L0,提供一个对地静电放电通路,由于电感线圈的感抗较小,线经较粗,有利于雷电的能量入地。
第二,隔直电容C0。在阻塞网络前端串联一个容量在1000PF～3000PF的电容,伏安量、耐压值越大越好。
探析中波发射机天线网络技术 篇7
1 中波发射机天线网络技术
1.1 智能天线技术
自20世纪60年代开始发展的智能天线技术最初多应用与军事、雷达、声纳方面,主要用于空间滤波和定位。能够有效减少干扰对其产生的影响,从而提高信号的传输质量,是智能天线技术的主要特点。
在智能天线中,分为天线阵列、接受通道、信息处理三个部分。其中,信息处理部分是最核心的部分,主要负责波束形成工作。智能天线根据规范将多个天线阵列的输出加权合并,并通过多个天线组成天线阵列,从而形成特定的天线空间方向图。要保证天线阵主波束的方向和用户方向一致,通过移动用户信号,降低干扰信号的影响。与多天线分集技术相比,智能天线技术有较大区别,分集技术中的天线距离一般有多个波长,距离较远;智能天线各个天线接受到的信号是相互关联的,天线阵元间隔一般小于等于半波长。
切换波束天线阵列和自适应天线阵列是智能天线根据其智能化水平以及结构的复杂程度划定的两种模式。切换波束天线是利用提前设置好的并列波束,为保证信号的有效性,实行对用户区域的全覆盖,根据用户的位置选择不同波束;为提高天线阵列的信号干扰噪声比,可以调整自适应天线阵列波束的幅度、指向和零点位置,并通过对各个阵元的调节改变阵列方向图,保证主波束指向期望信号,零点指向干扰。
1.2 中波发射机无线网络技术
发射机是无线通信系统的核心结构,当系统在工作时,发射机由于其特质会对其他的设备造成一定的影响;这个影响是相互的,其他设备也会影响到发射机的工作状态。随着设备微型化的趋势以及数字电路技术的发展,扩展电路的结构更加复杂,集成化的要求越来越高,干扰的来源也较多,如电子开关、电源模块、压控振荡器等。由于这些元素的存在,导致电磁机在工作时会受到多方面的干扰,中波发射机对电磁兼容性有较高要求,良好的电磁兼容性可以有效保证发射机的质量。
2 发射机干扰来源和原理分析
本文中所列举的中波发射机分为两个类型:25kW和10kW。其中,前者一共有4部,后者有3部。4部25kW中波广播发射机频率分别为729kHz、846kHz、972kHz、1143kHz,3部10kW中波广播发射机的频率分别为603kHz、657kHz、1024kHz。一共有4座发射塔,、每座发射塔之间的距离为100～200m。由于中波广播发射机的数量比较多,而发射塔的数量有限,只能采用两机分馈共塔的工作模式。鉴于发射机的频率问题,还要保证25kW和10kW的发射机能够共塔运行。在实际运行中,频率的层次较多,加之每两座发射塔之间的距离有限,存在严重的干扰窜扰现象,需要进行针对性地分析。
首先,要通过干扰源对发射机的内部和外部电磁环境进行分析,即内部干扰和外部干扰。发射机不仅会受到单个干扰,还可能会受到多个干扰源的共同干扰。发射机运作所处的频带不同,而且是在系统柜中运作的。发射机和接收机信道设备为独立的振动信号奠定了基础,借由射频电缆,为RF信号的传输提供了条件;再通过电源机箱(AC/DC转换器所用的),为电源单元中的所有通道提供共享电源,且其终端分机也具有一定的相似性。使用不同的电源模块对终端分机和信道分机进行控制,通过机箱母板端将所有的电源分给每个扩展机箱内主板的电源。终端控制中能够调整信息调至信号和信道切换地质,且是机箱终端控制;还可以对其他扩展段的信号进行处理,并将处理后的信号传输到其他分机中,对于这些频率较低的控制信号,一般是通过机箱中的主板拓展接口进行传输。
发射机的内部环境结构相对比较繁琐,其中包括电气开关、继电器等,每个组件都会受到多个干扰源的干扰,同时会对其他元件产生干扰。
3 发射机干扰问题的解决措施
3.1 设计匹配网络和阻塞网络
为了保证多频多塔的中波发射台所发射出的广播信号具备一定的质量,必须尽量减少干扰影响。因此,要科学设计调配网络,增加匹配网络。这是因为在发射塔有限,而频率较多的情况下,频率与频率之间的距离较远,在塔底的输入电阻有较大差异。有从分离的天线底部分开,网络方式很有可能由于不同频率产生信号堵塞,这样一来不仅增加了成本和能耗,也难以保证其工作的稳定性。加上塔的不同信号之间由于电压不同,导致泄漏的电压差较大,很容易出现窜扰情况。通过良好的网络设计,结合天线和馈线,以阻抗为搭配原则,保证高频的能量可以进行有效传输。在设计网络时,如果存在漏洞,不仅会影响传输效果,还会提高反射波,对发射机的正常运作造成不良影响。在这种工作模式下,将阻塞网络和匹配网络相结合,保证在信号传输时不会受到过大阻抗,且可以减少干扰信号的强度。
3.2 设计陷波网络
在该工作模式下,为避免不同频率之间的发射机会互相干扰和吸收多余的频率,可以考虑在调配网络中设计陷波网络。一个共同的串联谐振滤波器、并联谐振滤波器和带通滤波器是陷波网络的主要组成部分。电感和电容并联形成串联谐振滤波器,谐振于工作频率。可以通过多组并联谐振阻塞网络和串并联谐振吸收网络,通过设计阻塞网络和吸收网络,提高主频率独立性,避免受到其他频率干扰。通过设计带通滤波器的通带和阻带,能传输正常工作频率,防止其受到过度频率干扰。在多频共塔的工作模式下,一般干扰频率不会太多;但是,会存在较大的强度,通过使用串联谐振滤波或并联谐振滤波能够有效降低干扰信号的强度。
3.3 减少干扰的方法
虽然可以用滤波器网络形式,以及匹配网络和阻塞网络降低干扰,但是在实际运行中,有效降低干扰的关键在于天线网络接地点和馈线接地点。需要经常检查维修接地点,保证接地点的有效性,降低干扰强度。在检查维修上,分为三种方法:第一,对加强发射器的日常维护和清洁,为其正常运行奠定基础;第二,加强网络、接线排等设备的紧固情况,在日常维护中,要保证网络连接线的稳定性,不能随意更改,避免参数发生变化;第三,供电线路要使用具备屏蔽层的电力电缆,因而要科学地选择各个板块之间的接地点,选择良好的音频传输线,且在进行接地时还要考虑当时的天气情况。
4 结语
近年来,随着我国科学技术的不断进步和社会经济的日益发展,中波发射机的主要工作模式为多频共塔工作模式。但是,仍然存在着种种问题,尤其是如何降低和消除多频干扰,是多频共塔工作正常运行的重要保证。根据天线网络技术原理,设计匹配网络和阻塞网络,可以有效降低和消除干扰的影响;另外,还可以通过对系统的维护和修理降低干扰的强度,提高工作的效率和稳定性。
参考文献
[1]杨建峡.中波发射机天线网络技术探讨[J].西部广播电视,2013(13).
[2]王新文.全固态中波发射机对天线网络的特性和匹配[J].西部广播电视,2014(9).