天调网络工作原理及调试(孟华)PPT课件

.,1,天线调配网络的工作原理及调试节传中心91610台孟华,.,2,天线调配网络的工作原理及调试,天馈系统在我们中波发射系统中是一个重要的环节。中波天馈系统表面上看起来很简单，但实际研究起来却又抽象难懂，计算麻烦复杂。调整起来，无从着手，难以摸到规律。辐射场强受天线结构、地网优劣、匹配好坏、地导系数、传播路径、地形等诸多因素影响，判断发射效果的好坏没有一个简便的方法，加上对电子管中波发射机来说，天馈线是否匹配都能勉强开出机器维持播出。但对固态机来说，驻波比过大，机器就驻波保护过荷跳闸，甚至机器无法开启。因而长期以来，一些中小功率的中波台形成了一种只重机器不重天馈线的不良倾向，只要机器表头指示与说明书相近，即认为工作状态正常。只要机器的三大指标入级，播出即认为良好。熟不知，如果功率发不出去，发射机的高效率也只是一句空话。没有足够的场强做基础，机器的指标再好，收音机也听不出好的效果，一切高指标也只能归发射台附近的听众享受。,.,3,天线调配网络的工作原理及调试,一、中波发射系统示意图,.,4,天线调配网络的工作原理及调试,二、中波天线1、天线的作用：天线是一种换能器，它是将高频电流转换成电磁波的装置。2、天线具有互易性满足互易性定律，即良好的发射天线同时也是良好的接收天线。天线具有方向性系数、天线效率、天线增益、天线的仰角、天线阻抗等参数。,.,5,天线调配网络的工作原理及调试,3、天线的极化无线电波的极化是指电场矢量的端点随时间变化的轨迹。无线电波的极化分为三种情况，线极化、圆极化、椭圆极化。其中线极化又分为垂直极化和水平极化。4、中波天线采用垂直于地面的铁塔作为天线，故中波天线是垂直极化天线。小功率实验台的天线振子也是垂直与地面的，它也是垂直极化天线。,.,6,天线调配网络的工作原理及调试,5、天线的有效辐射高度：当天线的高度等于或相当于电磁波长的四分之一或四分之一整数倍时，才能有效的辐射电磁波。低频或直流是不能辐射电磁波的。中波天线最佳高度H=0.53。6、天线阻抗：一个架设好的中波天线的阻抗是和天线的高度、辐射频率、地导系数等有关。,.,7,天线调配网络的工作原理及调试,7、中波天线与地网,.,8,天线调配网络的工作原理及调试,8、地网与辐射效率,.,9,天线调配网络的工作原理及调试,9、地网的敷设：地网以铁塔底部的中心为圆心，放射状均匀向外敷设，用2-3的铜线或铜包钢线，数量为60根或120根，长度约为0.3-0.5，具体长度根据铁塔高度、地面状况、购地范围而定。地网导线埋于地下。对减少地损耗而言，埋设的越浅越好。但由于占地很大，地面又要耕作，为保护导线起见，埋设深度300mm到500mm为宜。,.,10,天线调配网络的工作原理及调试,二、天线调配网络1、天线调配网络的作用：匹配防雷抑制高频回馈对于双频共塔两频率间的相互隔离即阻塞,.,11,天线调配网络的工作原理及调试,2、天调网络的组成由双频共塔网络的作用可知，双频共塔网络必须具备以下功能电路。具有防雷功能的塔底预调网络（天线底部加负荷电路）阻塞共塔频率的阻塞电路。防止其它高频信号回馈的抑制高频倒送电路。匹配电路。,.,12,天线调配网络的工作原理及调试,3、双频共塔网络原理框图如图一所示。,.,13,天线调配网络的工作原理及调试,4、天调网络的防雷措施石墨放电隙：在天线底部已安装放电球外，在天调室又接入一对石墨放电隙，其间距可根据实际工作电压大小适当调节。在放电隙接地线（通常用铜杆）上套约40-50只磁环，发射机正常工作时，它不起任何作用；但当天线受雷击拉弧短路，而发射机保护动作发生之前，可以提高发射机的短路阻抗，从而保护了发射机。因雷电的主要能量是直流和低频，所以，它也不影响雷电的入地通路。,.,14,天线调配网络的工作原理及调试,微亨级电感线圈L0:天线串接一只微亨级电感线圈L0到地，用它代替传统的毫亨级的静电泄放线圈。因其电阻分量很小，雷电中的部分能量也可通过L0。用毫亨级的静电泄放线圈，在中波波段上，不会影响天线阻抗的匹配，现在用微亨级的线圈，就要考虑它对天线阻抗的影响。计算时利用串并互化公式把它和天线阻抗一起等效为一个新的阻抗就可以了。,.,15,天线调配网络的工作原理及调试,隔直流电容器C0：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，C0的容量一般选择在1000-2000pF，在中波频率上它不至产生过大的压降，但它的伏安量要选的大一些。当然，发射机输出功率越大时，C0选用的伏安量也应该越大。,.,16,天线调配网络的工作原理及调试,4、塔底预调网络图一所给电路是典型的双频共塔电路，二部发射机分别使用自己的馈线把高频已调波送到天调室。图中天线底部加有串联元件和并联元件，合称为预调网络或天线底负荷，其实质是一个型网络。之所以要加预调网络，原因是双频共塔时，两频通常相隔较远，铁塔底部输入电阻Ra相差很大，如果把二个信号直接从底部分开，则可能其中一路的阻塞电路的视在功率很大，匹配电路的视在功率也很大，不但加大了损耗，也增加了不稳定因素，且两路信号的铁塔电压相差较多，泄漏电压相差也大，容易造成串音。为此，可在公共输入端和天线之间加入型预调网络，使输入等效阻抗值发生变化，从而降低双工网络的视在功率，并使塔底电压相近。,.,17,天线调配网络的工作原理及调试,塔底预调网络的调整（1）调整L使得两共塔频率实部相等或尽量接近。（2）调整C使得两共塔频率虚部相等或尽量接近，且低频率的发射机那边要虚部为正负，高频率的虚部要为正。,.,18,天线调配网络的工作原理及调试,5、双频共塔网络的阻塞电路阻塞网络的作用是阻止共塔频率的信号进入本发射机。中波广播的信号除了载频外还有上下边频信号，阻塞网络一是要通过本频信号，二是要阻塞它频信号。通过本频时阻抗不要过大，阻塞它频时，不但要在它频处呈现很大阻抗，而且要在它频的上下边频处也要呈现较大的阻抗。,.,19,天线调配网络的工作原理及调试,阻塞网络的几种形式：（1）串接在电路中的并联谐振如图二，串接在电路中的LC并联谐振电路是双频共塔网络中比较常见，用的比较多的电路形式。它的优点是，电路简单，调试方便。缺点是元件上的视在功率较大，对后面的匹配电路设计影响较大。,.,20,天线调配网络的工作原理及调试,阻塞网络的元件由于通过电流而产生的视在功率和由于阻塞电压而产生的视在功率叠加，所以与其它元件相比，视在功率是相当大的。,.,21,天线调配网络的工作原理及调试,理论证明，在以f0为中心的频带内，为使阻抗达到某值以上，必须加大0L=1/0c的值，也即加大L，减小C值。在实际使用过程中，当阻塞线圈发热，也应当适当的加大L，减小C值。如把f0给定在500KHz至1600KHz的范围内，当带宽定为f=10KHz时，为使阻塞阻抗为5K,则LC的值可参考表一。,.,22,天线调配网络的工作原理及调试,阻塞网络的阻抗需要多少欧姆以上才能阻止另一个广播信号呢？这要由广播发射机的种类，两个共塔频率的频率比以及匹配电路等条件来决定，不能一概而论。若阻塞阻抗对载波在10千欧以上，对边带波在5千欧以上，从实际经验来看，不会出现由于另一电波泄漏引起的特性变坏和交叉调制的问题。,.,23,天线调配网络的工作原理及调试,阻塞网络的调试第一步：断开阻塞网络的前后电路，将阻塞网络独立出来，打开A点或B点，将仪器测试夹夹在打开的LC两端，测其LC串联谐振。调L使仪表的R=0，X=0。在仪器的显示屏上光标在短路点位置。第二步：连接断开的点，将仪器测试夹夹在AB两端，测其并联谐振，仪器的R和L无数字显示（超出显示范围）。此时应看角，微调L使得=0或360，仪器显示屏上光标在开路点位置。,.,24,天线调配网络的工作原理及调试,第三步：连接好所有电路，调试好匹配电路，开机观察两个共塔频率是否相互有影响，如有影响，关机微调之。反复关机-微调-开机，直至调好为止。（2）先串联后并联串接在电路中的并联谐振，如图三和图四,.,25,天线调配网络的工作原理及调试,调试图三的调试：断开A、B点前后电路，即将阻塞网络独立出来。打开A点、B点，测谐振频率为载频的L0C0串联谐振，调整L0使得仪表显示R=0和X=0。将L接入，测谐振频率为阻塞频率（L+L0）C的串联谐振，调整L使得仪表显示R=0和X=0。连接AB点，测谐振频率为载频的L0C0串联谐振，微调L0使得仪表显示R=0和X=0。测谐振频率为阻塞的并联谐振，微调L,使得=0或360图四的调试步骤同图三。,.,26,天线调配网络的工作原理及调试,六、匹配电路匹配网络有三种形式，形、T形、形。其中形又分为正形和到形，他们元件的计算式和使用的场合是不一样的。1、形网络：形网络比较简单，只有两个元件，理论上讲形网络可以将任意阻抗匹配到我们需要的阻抗上。为了保证调配网络具有合适的滤波度，工作品质因数Q通常要求在2-6之间。在满足Q值前提下，当RZ0（发射机输出阻抗，也即馈线阻抗）时，选用正形；当Rf0时，串联电路程感性，则Z为电容，同理当ff0时,串联电路程容性，则Z为电感。,.,45,天线调配网络的工作原理及调试,当有多个频率需要吸收时，可采用如图的电路形式。其中f1、f2为吸收频率，Z为补偿元件。f1支路串联谐振在吸收频率f1上，f2支路串联谐振在吸收频率f2上，再和Z并联谐振在载频上。当载频为f0，吸收频率为f1、f2，且f1f0f0时，并联谐振在f1上显容性，等效为一个电容，此时Z为电感。当吸收频率小于载频即f1R时只能选用正型网络、当WR时一般地选用倒型网络。我们通过天调网络的匹配形式是正型网络还是倒型网络就可判断出要匹配的阻抗电阻部分是大于W，还是小于W。,.,54,天线调配网络的工作原理及调试,T型匹配网络：T型网络可以对任意阻抗进行转换，由于增加了一个串臂元件它可以看作是倒型网络和正型网络串联组成的，它可以通过选取不同的元件值来改变Q值，满足网络对Q值的要求。型匹配网络：型网络也可以对任意阻抗进行转换，由于增加了一个并臂元件它可以看作是正型网络和倒型网络串联组成的，它也可以通过选取不同的元件值来改变Q值，满足网络对Q值的要求。,.,55,天线调配网络的工作原理及调试,3、匹配网络在阻抗园图上的变化轨迹：阻抗园图是调整网络的得力工具，要想调试匹配网络就必须了解阻抗园图，知道阻抗点的变化轨迹。右图示出了几种匹配形式在园图上的变化轨迹。当路径为a-b-w时，是正型网络，串臂为电感，并臂为电容；当路径为c-f-w时，是倒型网络，并臂为电容，串臂为电感；当路径为a-c-f-w时，是T型网络，两个串臂元件为电感，并臂元件为电容；当路径为c-d-e-w时，是型网络，两个并臂元件是电容，串臂元件是电感。总之不同的路径对应不同的匹配电路形式，不同的电路形式决定了阻抗点的运行轨迹。,.,56,天线调配网络的工作原理及调试,（2）、发射机输出网络的组成和各部分的作用1、组成和作用：全固态发射机输出网络，主要由带通滤波器、谐波滤波器和阻抗微调电路构成。结构方框图如图一所示。具体电路如图二所示。带通滤波器：带通滤波器由图二中的L101、L102、C101、C102、C103构成。主要是完成放大器产生的基波电压的输出，并虑出其它杂波。它除了兼备通带、阻带要求外，还有阻抗变换的作用，将电压合成输出阻抗变换到需求的馈线阻抗。,.,57,天线调配网络的工作原理及调试,谐波滤波器：谐波滤波器由L105、C104组成。全固态发射机其功放桥是工作于开关状态，其输出电压波形只有奇次谐波，其中三次谐波能量最大。全固态发射机为了很好的抑制谐波向外辐射使发射机具有较好的稳定性，避免调制边频造成负载变化的影响，滤波器Q值取得较低，这就造成滤波器对三次谐波抑制程度不够理想。为了保证发射机的谐波衰减量，因此在阻抗微调电路中插入三次谐波滤波器。阻抗微调电路：阻抗微调电路由L103、L104、L105、C104组成。其中L103、L104就是发射机上的两个微调旋钮。它的作用是当天线阻抗发生变化时，网络输出阻抗将产生变化，通过调节L103、L104使得馈线与发射机相匹配。串臂L104的作用是调载，L103的作用是调谐。全固态发射机的阻抗微调电路通过巧妙的设计，它集阻抗微调、三次谐波虑除及相移防雷功能于一体。,.,58,天线调配网络的工作原理及调试,（2）、微调电路的调整原理：微调网络是一个T型网络。其中并臂是由三次谐波滤波器组成。对于基波来说它可以等效为图三的形式。由于微调电路兼有防雷的作用，实际上它是一个45相移角的T型网络。元件的取值与发射机的频率有关，但各元件的阻抗值是固定的。当馈线特性阻抗为50欧姆时，各元件在工作频率上的阻抗值为（计算略）：XL103=XL104=20.7；Xc70.6625当我们把馈线端的阻抗看作R+jX时，对微调网络来说它相当于串联在电路中，如图四所示。R、X取不同值时XL103、XL104的取值是不同的。表一列出R60、X取-1010时XL103、XL104的取值。表二列出R40、X取-1010时XL103、XL104的取值。,.,59,天线调配网络的工作原理及调试,.,60,天线调配网络的工作原理及调试,.,61,天线调配网络的工作原理及调试,从表一、表二可以看出当馈线阻抗电阻部分变化20，即R=40、R=60，电抗部分不变时，调载线圈L104只增大了22-20.71.3。调谐线圈在R=40时减小20.7-9.4310.27；在R=60时增大29.95-20.79.25。当馈线端电抗部分变化时，L104随着电抗变化而反方向变化,以保证XL104+X=22。L103的取值只与R有关，当R增大时它增大，R减小时它减小。只要R、X的变化而引起的L103、L104的变化在L103、L104的调谐范围内就可保证发射机反射功率为0。(3)天调网络的调整：天调网络的调整在没有仪器的情况下是很困难的，因为不知道网络输出端阻抗变化的情况。即不知道电阻部分是比馈线特性阻抗增大了还是减小了，电抗部分是容性还是感性。如果我们知道了变化情况，就可根据网络的匹配形式，利用发射机反射功率指示进行调整。前已述及，天调网络的变化，可以通过发射机调载、调谐线圈来进行微调的。调载、调谐线圈的变化情况，可以反映出网络的变化情况，即：调载线圈（L104）增大，网络输出阻抗电抗部分呈容性。调载线圈（L104）减小，网络输出阻抗电抗部分呈感性。调谐线圈（L103）增大，网络输出阻抗电阻部分大于馈线特性阻抗。调谐线圈（L103）减小，网络输出阻抗电阻部分小于馈线特性阻抗。因此我们可以根据调载和调谐线圈的变化情况来对天调网络进行调整。,.,62,天线调配网络的工作原理及调试,第一步：发射机在假负载上开机，调整两个微调线圈使反射功率为0，记下此时两个微调线圈的位置。第二步：事先根据发射机的功率与馈线的特性阻抗，计算在匹配状态下的电流值I=P/W，在发射机与馈线端，天调网络与馈线端各串接一只高频电流表，发射机在天线上开机，调整两个微调线圈使反射功率为0，看此时两个微调线圈的变化情况。根据调谐线圈的情况可以判断网络电阻部分的变化情况。根据网络端的电流表电流与匹配状态下电流的大小比较也可判断网络的电阻情况，并可以具体计算出网络的输出电阻R=P/I2。根据调载线圈的变化情况，可以判断网络电抗部分的情况。,.,63,天线调配网络的工作原理及调试,第三步：根据网络的匹配形式，对网络进行调整。1、正型网络的调整：正型网络的电路形式如图五所示。a:X为容性时，减小L2。此时根据电流表找到电流最小点，计算电阻值R。当R不等于W时，调节L1。反复重复以上步骤，直至发射机两个微调旋钮在假负载位置。b:X为感性时，增大L2。重复上面步骤。,.,64,天线调配网络的工作原理及调试,2、倒型网络的调整：倒型网络的电路形式如图六所示。a:根据电流表计算R值或根据调谐线圈判断R与W的关系，当RW馈线端呈容性时，减小L1；呈感性时增大L1。