关于地下广播线几个技术问题的探讨(续)

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三、地下线末端匹配阻抗的选择

地下线与架空线一样,如果匹配不当,线路的传输效率就大为降低。随着频率的变化,线路末端最佳负载的阻抗值也不一样。通常都以1000赫作为测试有线广播传输线的基准频率。现在就把频率为1000赫,末端为纯电阻负载时,对不同型式、不同长度的地下线所测得的传输效率示于图5、图6。

图1
图1 🔍原图 (592×844)
图2
图2 🔍原图 (582×896)

从图中可以看出,同型式的线路,长度尽管不同,但它们在传输效率最高时,末端负载电阻的阻值范围基本是一致的。可以认为以下电阻值都在匹配范围:

单铁线回路:120~180Ω

双铁线回路:300~400Ω

单铝线回路:120~140Ω

双铝线回路:150~250Ω

但是,匹配电阻偏大点好,还是偏小点好呢?我们以单铁线回路3.582公里和单铝线回路4.8公里为例,作出在100赫、400赫、1000赫、4000赫时,随着末端负载电阻的变化,线路传输效率随着变化的关系曲线。见图7。

图3
图3 🔍原图 (637×1047)

从图中可以看出,随着频率升高,最佳传输效率时的匹配电阻,是向数值小的一侧偏移的。还可以看出,100赫、400赫时的线路传输效率,即便在不匹配状态下,都比1000赫的传输效率高。而4000赫时线路传输效率则比1000赫时低很多,而它的最佳负载电阻偏小,这是由于频率升高线路特性阻抗降低的缘故。为了使高音频得到较好的传输,在选择匹配阻抗时,单铁线回路取150欧,单铝线回路取120欧为宜。

四、架空线与地下线的配接

图4
图4 🔍原图 (554×264)

有的广播线路,采取了先经过一段架空明线又转为地下线的传输方式。这种线路,在架空线转为地下线的转接点,必须作好匹配。否则,不仅传输效率降低,频响也会变坏。我们曾在图8所示的一条线上做了测试。

图5
图5 🔍原图 (720×661)
图6
图6 🔍原图 (577×795)

A点不做匹配和做匹配测出的频响曲线见图9。可以看出,A点做匹配后频响曲线有很大的改善。在100赫、400赫、1000赫、4000赫时,测试线路在不同末端负载电阻情况下的传输效率,并将它们作成曲线,如图10。图中,虚线代表A点不作匹配的情况;实线代表A点作匹配的情况。对于虚线和实线可以看出,A点作匹配后,1000赫线路传输效率由26%上升为31%;4000赫线路传输效率由3.8%上升为7.5%。

上述匹配测试是很粗略的,如A点埋设的临时地线不够好,接地电阻尚有11.4欧。变压器采用自耦接法,低频响应差,如图10中的实线,100赫时传输效率曲线移到1000赫下面去了。匹配计算也很粗略,架空线特性阻抗取1210欧,地下线特性阻抗取160欧,匹配变压器变压比应为:

n=\(\frac{\sqrt{121}0}{160}\)=2.75

实接100伏:40伏,即2.5:1。如把地线埋好,匹配变压器的绕制做一些改进,选择几种变压比配接反复测试,会找到更恰当的匹配方法,使线路的传输效率和频响进一步改善。但从上述粗略的测试已说明做匹配的重要性了。

五、关于地下线短馈线匹配计算的探讨

从上述测试材料中分析,地下线短馈线具有以下规律:

第一,只有在末端负载匹配的条件下,线路传输效率最高;

第二,地下线的长度、线质(铁线或铝线)、型式(单线或双线)一定,最佳负载条件下的传输效率也就确定了。按我们通常采用的最高馈送电压240伏,一条线路(单线或双线)的容许负荷量是很大的。

第三,地下线的馈送电压必须根据线路所接负载轻重合理选择。如采用高馈送电压,加大用户变压器的电压比来限定喇叭的工作电压,地下线的传输效率将大大降低,特别对高音频成分是这样。

所以,必须解决地下线的匹配计算问题,才能合理地规划一个公社或一个县的地下线网路。不然就达不到预期的效果,甚至造成浪费。我们提出初步计算办法,和同志们共同研究。

1、确定用户点的负载功率:

图7
图7 🔍原图 (587×233)

按每瓦电力带喇叭60只来计算所需功率(喇叭工作电压为12伏,喇叭阻抗为1000赫9000欧),用户变压器效率按80%计算。如图11所示线路,铝芯线径为1.6毫米,单线回路,各点所需功率如下:

①\(\frac{150}{60}\)/0.8=3.12W

②\(\frac{80}{60}\)/0.8=1.67W

③\(\frac{200}{60}\)/0.8=4.12W

2、计算送端所需输入功率:

根据测试结果,地下线对功率的衰减比,以1000赫为准,可取表5所列数值依线路长度进行计算。表5中列出的是送端功率与末端功率之比。按表5列出的功率衰减比画出曲线如图12。

图8
图8 🔍原图 (1380×400)
图9
图9 🔍原图 (854×549)

如图11所示线路,可根据喇叭配接点与线路始端距离(公里),查表5(或图12)查出功率衰减比,乘以喇叭配接点所需功率,即线路始端输入功率。各点计算结果之和,即该线路总馈送功率。图11所示线路计算结果如下:

P\(_{S}\)=(3.12×1.173)+(1.67×1.45)+(4.12×1.96)=14.16W

3、计算馈送电压:

在1000赫时,各种线路的特性阻抗Z\(_{C}\)列于表6。

图10
图10 🔍原图 (1224×212)

则馈送电压为

U\(_{S}\)=\(\sqrt{P}\)SZ\(_{C}\)=120×14.16≈41伏

可选用40伏。

4、确定用户变压器的电压比:

从图4可知,单铝线回路在4.2公里时衰耗为3分贝(电压衰减比为1.41),则末端电压不低于401.41=28.4伏。如果要求用户电压为12伏,用户变压器的电压比就应为:

n=\(\frac{28.4}{12}\)=2.37

可取2.5:1,匹配后的线路如图13。

图11
图11 🔍原图 (532×211)

5、关于扩音机保留功率储备的问题:

由于地下线在频率升高时输入阻抗降低,输入功率增大,为防止扩音机过载,在配接地下线时应保留必要的功率储备。看来,按地下线的馈送功率加馈送变压器的损耗,不应大于扩音机实际输出功率的百分之七十。

六、利用地下线输送50赫交流电源的试验

地下线由于对音频功率衰耗大,限制了它的使用长度,不能满足一个公社广播放大站服务范围的需要。主要原因是地下线对地电容太大。当频率低的时候,线路的传输效率会大大提高,这是因为容抗与频率成反比的缘故。比如,在表二、表三中,对于单铁线回路、线径为2.0毫米、长度为6.368公里、频率为1000赫、最佳负载时的线路传输效率是13.9%,而100赫时可达50%;对于单铝线回路、线径为1.6毫米、长度为8.2公里、频率为1000赫、最佳负载时的传输效率是30%,而100赫时可达65%。可以断定,用输送50赫交流电源的办法可以使线路的传输效率更高。

基于上述考虑,我们进行了利用幻线输送50赫交流电源的试验。测试结果如表7。

图12
图12 🔍原图 (1212×368)

利用地下线输送220伏50赫交流电源,沿途是可以保证人身安全的。因此,可以设想把扩音机的功放级安装到生产大队。我们算了这样一笔账:用双铝线回路8.2公里,末端获得电源功率125VA,可供给输出60瓦的晶体管功放级电源,公社只消耗电源141VA。如从公社输送音频功率使末端获得60瓦,按线路传输效率为30%计算,公社就需有180瓦的馈送功率。180瓦的功放消耗电源将需360VA。末端获得同样的音频功率,电源消耗减少到40%。利用幻线送电源,可利用实线送信号(音频或载频),对于地下线由于电容大引起的频率失真,可以加频率补偿网路予以改善,提高广播质量。

由此看来,在不增加公社站电源消耗的前提下,用输送交流电源把功放级下放到生产大队去的办法,保持应有的频响指标,延长地下线的使用长度,满足一个公社服务范围的要求,是有希望的。(续完)(山东省广播事业局广播网处 代言)