预调网络的设计
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摘 要：本文主要介绍了中波天调网络中预调网络的作用、设计思路和设计方法及其注意事项，并简要介绍了预调网络电压、电流的计算方法。
关键词：预调网络；天线阻抗；模值
中波天调网络主要是解决两个问题：一是使天线的实部电阻等于馈线的特性阻抗，二是要抵消天线的虚部电抗，这样才能完成网络的匹配。在实际中常会遇到一些特殊的问题，如天线的实部电阻太小而虚部电抗较大或实部电阻和虚部电抗都较大，以及两频率的阻抗差别很大的情况下共塔。此时，若不进行天线阻抗的预调改善，就很难进行网络的匹配。预调网络就是用来解决上述问题的，下面就此来进行讨论。
一、预调网络的作用
预调网络是指在天线底部增加的串联或并联的电抗元件所组成的网络，其实质是在天线底部进行集中加载，以改善工作频率的天线阻抗。
采用预调网络后，天调网络的带宽得到扩展，使匹配网络的设计和调试更容易。尤其对共塔发射来说，会使各频率在天线底部的射频电压基本相等，消除了相互之间的串扰，同时，一般也会使各频率的电抗与要阻塞的频率的电抗性质正好相反，从而减小了匹配网络的虚部电抗，降低了视在功率。
故加入预调网络后，将会提高天调网络的稳定性和效率。
二、预调网络的设计
在实际中由于频率和天线高度的关系，天线的阻抗呈现多样性。在单频发射时，常会遇到天线实部电阻太小、虚部容抗较大或实部电阻和虚部电抗都较大等情况。在共塔发射时，也常会遇到各频率的天线阻抗相差较大，使输入的射频电压相差很大的情况。对于这些情况就都要用到预调网络。
1. 单频发射时的预调网络
单频发射时的预调网络主要有以下几种情况：
① 天线实部电阻太小、虚部容抗较大
当天线高度较低且在低频率端时，天线的阻抗呈现实部电阻太小、虚部容抗较大的情况，例如：Z747 = 13.6-j140。
由于实部电阻太小、虚部容抗较大，一般会先串电感（L1），抵消一定量的虚部容抗，再对地并接电感（L2），以提高实部电阻，并得到合适的Q值，如图1。
经过图1的网络之后，天线对747kHz呈现的阻抗（A点）为：
ZA= 87.069-j85.327
经此预调网络后，天线的实部电阻得到提升，虚部电抗下降且呈容抗，Q值在1左右。这样，天调网络的匹配就比较容易。
② 天线实部电阻和虚部容抗都较大
在高频率端，天线的阻抗呈现实部电阻和虚部容抗都较大的情况。例如：
Z1521 = 721-j189。
由于实部电阻和虚部容抗都较大，一般会先串电感（L1），抵消一定量的虚部容抗，再对地并接电感（L2），以降低实部电阻，如图2。
经过图2的网络之后，天线对1521kHz呈现的阻抗（A点）为：
ZA= 75.7+j 223.08。
即天线的实部电阻降低，但虚部的电抗较大且呈感性。此时，可在A点之后串接适量电容C，以抵消虚部的感抗，则天线呈现的阻抗（B点）为：
ZB= 75.7-j 74.27
经此预调网络后，实部和虚部（呈容性）都降低，且大小基本相等，即Q值在1左右。这样，天调网络的匹配就比较容易。
③ 天线实部电阻和虚部感抗都较大
在较高频率端，天线的实部电阻和虚部感抗都较大。例如：Z1413 = 500 +j262。
由于天线实部电阻和虚部感抗都较大，故对地并接电容C，使实部的电阻适当降低，也使虚部的电抗值减小。如图3。
经过图3的网络之后，天线在A点呈现的阻抗为：
ZA= 100.266-j 232.045
即天线的实部电阻降低，但虚部的电抗（呈容性）仍较大，此时，可在A点之后串接适量电感L，以抵消虚部的容抗，则天线呈现的阻抗（B点）为：
ZB = 100.266-j98.940
经此预调网络后，实部电阻和虚部（呈容性）都降低，且大小基本相等，即Q值在1左右。这样，天调网络的匹配就比较容易。
2. 共塔发射时的预调网络
共塔发射时，有时天线对各频率呈现的阻抗差别较大，使模值差别较大，其输入电压就差别很大，使得低电压端阻塞网络的阻塞度很难满足工作要求，从而造成高电压端对低电压端的串扰。同时由于模值差别较大，会使模值大的一路阻塞网络的视在功率很大，从而匹配网络的视在功率也很大，这样不但增加了损耗，也增加了网络的不稳定性。这就要求采用预调网络，以使各频率输入阻抗的实部电阻基本相等，虚部电抗值也基本相等但电抗性质相反，这样就很好的解决了这类问题。
共塔发射时的预调网络主要有以下几种情况：
① 串电感再对地并电容作预调网络
例如： 603kHz（Z603 = 32.9-j5）和1008kHz（Z1008 = 150-j68）共塔
由于两频率天线阻抗的模值差别较大，且虚部电抗都呈容性，故采用先串电感再对地并电容来作预调网络。如图4。
图4中，对于603kHz，串电感L1后的阻抗为：Z603 =32.95+j51.8，再与C1并联后的阻抗为（A点）：Z603 A= 62.69+j57.05。
对于1008kHz，串电感L1后的阻抗为：Z1008=150+j26.95，再与C1并联后的阻抗为（A点）：Z1008 A= 57.72-j74.87。
两频率阻抗的模值为：|Z 603 A|= 84.76 |Z 1008 A|= 94.5
经此预调网络后，两频率的实部电阻基本相等，虚部电抗值也基本相等，即模值基本相等，同时，虚部电抗性质相反。这样，就达到了改善天线阻抗的目的。
② 对地并接电容再串电感作预调网络
例如：540kHz（Z540 = 60+j110）和747kHz（Z747 = 452+j406）共塔
由于两频率天线阻抗的模值差别较大，且都呈感性，故采用先对地并接电容的办法。如图5。
图5中，对于540kHz，并电容C1后的阻抗为：Z540 A = 110.74+j129.32。对于747kHz，并电容C1后的阻抗为：Z747 A = 166.43-j328.97。
由此可知，两频率的实部电阻和虚部感抗都得到了改善，但其中一个频率的虚部容抗较大，故再串适量的电感L1，则：
Z540 B = 110.74+j231.07 Z747 B = 166.43-j188.16
两频率阻抗的模值为：|Z 540 B|= 256.26 |Z 747 B|= 251.20
经此预调网络后，两频率的实部电阻基本相等，虚部电抗值也基本相等，即模值基本相等，同时，虚部电抗性质相反。这样，就达到了改善天线阻抗的目的。
③ 并联谐振作预调网络
例如： 603kHz（Z603 = 19-j157.99）和1008kHz（Z1008 = 69+j73.58）共塔
由于两频率天线阻抗的模值差别较大，且一个呈感性，另一个呈容性，故采用并联谐振作预调网络，此并联谐振一般谐振在其中某个频率上。如图6。
图6中，L2和C1组成的谐振网络对1008kHz谐振，所以：
对于603kHz，串电感L1后的阻抗为：Z603 = 19-j101.19，再与谐振网络并联后的阻抗（A点）为：Z603 A = 68.5-j183.12。
对于1008kHz，串电感L1后的阻抗（A点）为：Z1008 A= 69+j168.53。
两频率阻抗的模值为：|Z A 603|= 195 |Z A 1008|= 182
经此预调网络后，两频率的实部电阻基本相等，虚部电抗值也基本相等，即模值基本相等，同时，虚部电抗性质相反。这样，就达到了改善天线阻抗的目的。
3. 预调网络设计时的注意事项
通过上面的讨论可知，预调网络设计时要注意以下问题：
① 对于单频发射来说，设计的预调网络，应使改善后的阻抗的实部电阻和虚部电抗大小基本相等，且实部电阻一般大于馈线的特性阻抗 （50Ω），而虚部电抗一般呈容性。这样能够扩展带宽，有利于匹配网络的设计和调试。
② 对于双频共塔来说，设计的预调网络，应使改善后的两个频率的阻抗实部电阻基本相等，虚部电抗值也基本相等，这样其输入电压就基本相等，从而避免了高电压端向低电压端的串扰。同时，还要注意以下两点：
a.经预调网络后，要使高频率的电抗呈感性，低频率的电抗呈容性，这样，就会与各自阻塞网络的电抗性质相反，减小了匹配网络的电抗，从而降低匹配网络的视在功率。
b.经预调网络后，若高频率的电抗呈容性，低频率的电抗呈感性，其后的阻塞网络有两种处理方式：一是采用一般的L、C并联阻塞网络，但在此并联阻塞网络之后可能要串电感/电容以减小匹配网络的虚部电抗。二是采用复合阻塞网络，即L、C串联（要匹配的频率通过）再与L或C （选择L或C依要阻塞频率的高低来定）并联（阻塞另一频率），如图7。
其中，图7（a）应用于要匹配的频率小于要阻塞的频率，图7（b）应用于要匹配的频率大于要阻塞的频率。
③上面介绍的几种预调网络的形式，在实际中可跟据具体情况灵活选用及变更。
三、预调网络的电压和电流
预调网络的电压和电流就是预调网络与匹配网络节点处的电压和电流，以双频共塔为例，其计算如下：
设两共塔频率的阻抗分别为： ZC1=Ra1 +jXa1 Z C2=Ra2 +jXa2 则：
结束语
通过对预调网络的介绍，让读者了解在什么情况下用预调网络和如何设计预调网络以及设计时的注意事项。为天调网络的设计提供参考。