原文在这里:
http://www.engineeringradio.us/blog/2009/07/matching-an-am-transmitter-to-a-tower/标题:匹配中波发射机到天线塔
作者:paul thurst, on july 15th, 2009
去年我参与了一个有趣的小项目,让一座发射塔发射两个频率的中波。这是座新塔,原来的塔锈得不能用了。新塔与原来的塔特性有所不同,因此可以说这是个新项目。幸好老塔的天调是kintronics牌子的,天调里面的空间比较大,可以放下两个阻抗匹配电路。
新天线塔立起来了,到了匹配发射机到天线塔的时候了。这要用到一些数学知识。在无线电发展史上的某个时间点,某人决定所有的发射机都用50欧的输出阻抗。交流电路的阻抗(所有的射频电流都是交流电)类似于直流电路的电阻。唯一的区别是阻抗需要使用z轴来计算,你应还记得9年级的代数和迪卡尔坐标系统:有x轴和y轴,还有直立的z轴,z轴使之成为三维坐标系统(计算个阻抗还要z轴?平面坐标系不就做到了吗?先不管了,往下看)。
第一个发射频率是980khz,5千瓦,塔有240英尺高(约72米),比980khz的1/4波长略短,算是理想了。使用delta oib-1阻抗桥 和potomac sd-31频率发生器,测得塔底部的阻抗在980khz为74欧,以及电抗+j160(在塔底部馈电)
(问题1:短于1/4波长的天线呈容性,应是-j160才对,要加感,可这测量值怎么是正的呢?我们知道象mfj手持天分经常正负不分,需要用常识判断一下,难道这工程师所用仪器也是正负不分?往下看,后面还有扯不清的地方。)。利用欧姆法则可以算出塔底部的电流 i=√(p/r) =√(5000/74) = 8.3 安. 电压e=√pxr =√(5000×74) = 608伏。
关于电抗,稍微普及一下,电抗用j代表,是虚数部分(电抗=感抗+容抗),交流电路一般有感抗和容抗,从某种意义上说,二者是相反的,感抗和容抗是我们不想要的,与电压和电流峰值的领先和滞后有关。按标准电力公司的说法,它们与功率因子有关。在射频电路中,感抗和容抗造成无效的功率转换,因此需要将其抵消。
+j代表电抗是感性的,需要用电容来抵消;-j代表电抗是容性的,需要用电感来抵消。(这一段没有问题,注意红字部分。)发射机和馈线的阻抗是50欧,塔的阻抗是74欧,需要在中间用天调来匹配,用t网络来匹配。
为了确定t网络各脚的元件值,我们再次应用数学知识。先谈谈细节,一个天线塔要发射两个中波频率980khz和1430khz,需要两个t网络(也就是要两个天调)。t网络还有一些特性可以为我们所用,把组成t网络的电感和电容进行不同组合可以使之同时具有低通/高通滤波器的特性,在感性电路,电压超前电流,在容性电路,电压落后于电流。假如我们使两个中波频率的相位相差180度,对于滤波来说是个很好的开头。因此,二个频率中,一个要超前90度,另一个要落后90度。
(此段说的是用一个塔同时发射两个中波频率,如何解决相互干扰问题,与匹配基本无关,不过,频率不同怎么能使相差恒定在180度?就象走路步频快与步频慢的两个人,同时起步的话,后面步子不会相差恒定啊,这是问题二)在980khz,我们将50欧匹配到74欧,同时将相位超前90度。t网络各脚的阻抗值计算如下:
z(leg)=√z(antenna) x z(transmitter) or z=√(50 x 74) = √3700 = 60.8Ω
图一是高度简化的,没有体现出天调通/阻的滤波特性,那是一个牵涉很广的题目,我不想谈得太多(就用这个图表示一下)。
刚才我们已经算出了图一中t形匹配网络各脚的阻抗应是60.8欧,输入脚是感性的,接地脚(关联脚)是容性的,输出脚是感性的,记得我在前面已测过输出脚的电抗是+j163
(笔误?前面说了测的是+j160,先不管)。记住,输出脚已经具有感抗+j163
(我认为是指天线的感抗+j163),天线的感抗需要被抵消掉,但其中一部分感抗可以用在t网络中
(我认为作者的意思是天线的感抗只需要用电容抵消一部分,剩下的感抗用作t形匹配网络的输出感抗,)。为了使输出网络匹配剩下的t网络,需要102.4欧的容抗,(163-60.8=102.4Ω).
(就句话没看懂,算术也是错的,答案应是102.2欧)并联脚电容容量:c = 1/(2π f xc) or 1/(6.28 x .98 x 60.8) = 0.00267 uf
输出脚电容容量:c= 1/(2π f (mhz)xc) or 1/(6.28 x .98 x 102.4)=0.00159 uf
(注意,图一中输出脚画的是个电感,但实际接的是个电容,按作者的意思,天线的感抗被这个电容抵消一部分,剩下的感抗用作t形匹配网络的输出感抗,所以虽然实际是接的电容,作用上起的是抵消一部分电感,达到合适的电感的作用,好晕,能这样搞吗?为何计算t形网络输出脚的电容时用102.2欧,而不是163+60.8=223.8欧?这是问题三)输入电感量:l= xl / (2π f(mhz) or 60.8 / (6.28 x .98) = 9.88 uh
后面的与此相同,也是算出t形匹配三个元件的数值,算法同上,没必要译了,看公式就行了。
红字中列出了三个问题,请大家说说。