大功率廣播發(fā)射機的網(wǎng)絡匹配及維護

田曙光

國家新聞出版廣電總局594臺　陜西省　咸陽市　712028

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大功率廣播發(fā)射機的網(wǎng)絡匹配及維護

田曙光

國家新聞出版廣電總局594臺陜西省咸陽市712028

【摘要】本文通過π型匹配網(wǎng)絡基本計算公式，闡述了π網(wǎng)絡的工作原理，并結合大功率廣播發(fā)射機中應用的π型伺服匹配網(wǎng)絡故障，提出設備基本維護思路和方法。

【關鍵詞】廣播發(fā)射機π網(wǎng)絡匹配故障維護

引言

π型匹配網(wǎng)絡在大功率廣播發(fā)射機的阻抗匹配電路中得到了廣泛使用，而匹配網(wǎng)絡是否正常有效工作直接關系到廣播發(fā)射機能否安全穩(wěn)定運行。本文從π型匹配網(wǎng)絡的阻抗匹配計算入手，分析了π網(wǎng)絡的基本工作原理，并結合DX-600全固態(tài)發(fā)射機中使用的π型伺服匹配網(wǎng)絡故障實例，提出廣播發(fā)射機匹配網(wǎng)絡維護的思路和方法。

1　π型網(wǎng)絡的工作原理

1.1π網(wǎng)絡

在電路傳輸中為了達到最大功率傳輸或者無失真?zhèn)鬏?，必須要保持源?nèi)阻和負載阻抗的匹配，這就需要在信號源與負載之間接入匹配網(wǎng)絡來實現(xiàn)。

常見的匹配網(wǎng)絡有L型、π型、T型等幾種，其中π型網(wǎng)絡由于具有濾波度高、可變化阻抗范圍寬和適用于大功率、低Q值等優(yōu)點，在大功率廣播發(fā)射機中得到廣泛使用。

π網(wǎng)絡的一般電路形式如圖1（a）所示，可見它由2個L型匹配電路構成。為了實現(xiàn)匹配，電路中三個電抗元件XS、XP1、XP2的性質(zhì)不能完全相同，須有一個是異號電抗。

圖1?。╝）π網(wǎng)絡電路

π網(wǎng)絡的電路構成形式有多種，其中圖1（b）所示電路由于具有電路簡單、調(diào)整方便、濾波性能好等特點，是最常見最實用的一種匹配電路。DX-600廣播發(fā)射機中的多個匹配電路均采用了此種結構的π網(wǎng)絡。

圖1?。╞）π網(wǎng)絡電路

1.2π網(wǎng)絡的匹配

小波域信號重構算法應用到地震資料特殊處理中，使得目的層地震分辨率明顯提高，儲層橫向連續(xù)性增強，同時延續(xù)了地震資料的保真度，為地震資料的精細解釋和進一步的研究奠定了資料基礎。小波變換作為信號處理的一種新方法，其本身固有的算法優(yōu)勢，已經(jīng)在地震資料處理中得到了驗證。小波變換無論在新的理論研究還是在地震勘探應用方面都有著廣闊的發(fā)展前景。

將π網(wǎng)絡作如圖2所示的變形，表示為兩個L型網(wǎng)絡相串聯(lián)的形式。其中，XP1和XS1組成1 個L型網(wǎng)絡，分別以RS和RX為信號源內(nèi)阻和負載，XP2和XS2組成另1個L型網(wǎng)絡，分別以RX 和RL為信號源內(nèi)阻和負載。這里的RX為假想的中間電阻。

圖2　π網(wǎng)絡匹配簡圖

對第一個L型網(wǎng)絡：

對第二個L型網(wǎng)絡：

由此可以看出，在已知RL、RS、Q1和工作頻率f的條件下即可計算出XS、XP1、XP2的值，并以此確定相應的電感和電容量。也就是說，在確定π網(wǎng)絡輸入端與輸出端待匹配的阻抗條件下，只要選定合適的Q1值，在選定工作頻率下通過調(diào)整XS、XP1、XP2的容量值，就可以實現(xiàn)既定條件的阻抗匹配，達到預期的傳輸條件。

2　DX-600型廣播發(fā)射機的π型伺服匹配網(wǎng)絡

2.1DX-600發(fā)射機匹配網(wǎng)絡

DX-600全固態(tài)發(fā)射機由3個具有獨立的電源、射頻、音頻、控制、監(jiān)測系統(tǒng)的PB（POWER BLOCK）單元，1個并機網(wǎng)絡及1套TCU（TRANSMITTER CONTROL UNIT）組成，如圖3所示。其中，每個PB單元均可輸出200KW射頻功率，并機網(wǎng)絡將三個PB單元輸出的射頻功率進行合成，輸出600KW射頻功率至天饋線系統(tǒng)，而TCU則實現(xiàn)對PB單元的最高級別控制和并機網(wǎng)絡的控制。

圖3　DX-600發(fā)射機系統(tǒng)簡圖

DX-600發(fā)射機具有靈活的工作模式，可以自由采用N-0和N-1模式工作，即三個PB單元可以同時接入并機網(wǎng)絡，輸出600KW功率，也可將任一個PB單元關閉，其余兩個PB單元接入并機網(wǎng)絡，則輸出400KW射頻功率。

由于每個PB單元的輸出阻抗固定不變，發(fā)射機在N-0模式和N-1模式下并機點的阻抗是不同的，需匹配的天饋線特性阻抗是固定不變的。為了實現(xiàn)不同工作模式下的阻抗匹配，使用了π型伺服匹配網(wǎng)絡，實現(xiàn)模式切換時對伺服網(wǎng)絡電容進行重新調(diào)整，以達到新模式下的阻抗匹配。可調(diào)真空電容器C90、C91A、C91B及空心電感L2組成了π型伺服匹配網(wǎng)絡，如圖4所示。

圖4　DX-600發(fā)射機并機網(wǎng)絡圖

2.2伺服系統(tǒng)工作原理

以DX-600中波發(fā)射機伺服控制系統(tǒng)為例，整套伺服分為控制器、伺服驅(qū)動馬達、反饋電位器三部分，如圖5所示。

伺服系統(tǒng)位置電位器R1與伺服驅(qū)動馬達B1相連接，伺服驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動時，伺服電位器隨之轉(zhuǎn)動。伺服控制器輸出的10V電壓經(jīng)電位器R1分壓，得到伺服位置反饋電壓送回伺服控制器，在誤差計算器中，通過與當前工作模式下預定設定值進行誤差計算，形成伺服系統(tǒng)升降控制信號驅(qū)動伺服馬達。

DX-600發(fā)射機并機網(wǎng)絡有兩種工作方式，即N-0和N-1方式。隨著工作方式的變化，伺服控制器板中的伺服位置預設值隨之改變，伺服位置反饋電壓與預設值相差較大，經(jīng)誤差計算器計算后形成驅(qū)動信號，驅(qū)動馬達調(diào)整伺服網(wǎng)絡電容。與此同時，位置電位器R1位置改變，反饋電壓改變。當反饋電壓與預設值一致時，經(jīng)誤差計算認為伺服系統(tǒng)達到預定位置，伺服控制器不再發(fā)出伺服升降驅(qū)動信號，則網(wǎng)絡電容調(diào)整完成。

圖5　DX-600發(fā)射機伺服系統(tǒng)簡圖

在DX-600發(fā)射機運行中，當其中任何一個PB單元發(fā)生故障關閉時，并機網(wǎng)絡工作模式將由N-0方式切換為N-1方式。由于工作模式切換，合成器輸出匹配網(wǎng)絡的輸入端阻抗將發(fā)生改變，此時就需要通過伺服系統(tǒng)的協(xié)同工作，改變伺服網(wǎng)絡電容的位置，以達到新的工作方式下輸出網(wǎng)絡的匹配。

2.3伺服網(wǎng)絡匹配異常對發(fā)射機的影響

由伺服系統(tǒng)工作原理可知，伺服系統(tǒng)的可靠性直接關系網(wǎng)絡匹配的準確度和發(fā)射機運行的穩(wěn)定性。在模式切換過程中，一旦伺服系統(tǒng)發(fā)生故障，輸出匹配網(wǎng)絡電容將無法調(diào)整到預設的位置，導致輸出網(wǎng)絡失配，發(fā)射機的輸出功率將不能有效傳輸?shù)教祓伨€系統(tǒng)，發(fā)射機天線和網(wǎng)絡駐波比激增越限，最終導致發(fā)射機保護關機。

在DX-600發(fā)射機的日常運行中，需經(jīng)常在N-0和N-1模式之間切換，極易引起伺服系統(tǒng)故障，導致匹配網(wǎng)絡失配。在日常維護中，π網(wǎng)絡伺服系統(tǒng)作為維護工作中的重點，需要強化維護力度和質(zhì)量，確保伺服系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

2.4伺服系統(tǒng)故障實例

2.4.1故障現(xiàn)象

在DX-600發(fā)射機運行中，N-0模式工作正常。因某一PB單元故障切換為N-1模式工作時，發(fā)現(xiàn)在線工作的兩個PB單元載波功率均增加為250KW，功放末級電流增加到近1100A，發(fā)射機總反射功率增加為3KW，天線和網(wǎng)絡駐波比均不同程度增大。而正常狀態(tài)下PB單元載波功率為200KW，功放電流860A，反射功率為0KW。

2.4.2故障處置

由于在線的兩個PB單元功放末級電流同時增加約250A，且發(fā)射機反射功率、天線駐波比、網(wǎng)絡駐波比不同程度增大，說明兩個PB單元均工作在嚴重失配狀態(tài)，判斷故障點可能發(fā)生在并機網(wǎng)絡中的公共部位，即伺服匹配網(wǎng)絡。

關機后打開輸出匹配網(wǎng)絡機柜，拆開電容與線圈的連接銅管，測量輸出匹配網(wǎng)絡輸出端電容的電容量，測得2只并聯(lián)電容總容量為1500PF，而N-1模式下該組電容容量應為600PF，證實N-1模式時輸出匹配網(wǎng)絡處于失配狀態(tài)。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，在N-1 與N-0模式切換時，C91A與C91B的驅(qū)動伺服組件轉(zhuǎn)動正常，但仔細觀察發(fā)現(xiàn)電容C91A轉(zhuǎn)軸未與伺服驅(qū)動組件同步轉(zhuǎn)動，后查為電容C91A轉(zhuǎn)軸與伺服組件連接鉸鏈固定處固定螺栓松脫。如圖6所示。

最終確定故障原因為，伺服驅(qū)動組件與真空電容連接處固定螺栓松脫，導致模式切換后真空電容未調(diào)整至預設位置，使得伺服匹配網(wǎng)絡工作在失配狀態(tài)。伺服匹配網(wǎng)絡失配后逐級反饋至PB單元，表現(xiàn)為每個單元負載阻抗的變化，導致射頻功放電流劇增。將伺服匹配網(wǎng)絡輸出端真空電容按原始數(shù)據(jù)進行重新調(diào)整，并緊固伺服驅(qū)動組件連接鉸鏈與真空電容轉(zhuǎn)軸連接處的固定螺栓，恢復其余部件后高功率開機，發(fā)射機工作正常。多次切換N-1模式，各單元及整機工作狀態(tài)全部恢復正常。

圖6　真空電容伺服驅(qū)動組件簡圖

3　匹配網(wǎng)絡的維護和調(diào)整

故障處理后，結合設備運行特點，采取了多種思路和方法，加強了發(fā)射機伺服匹配網(wǎng)絡的例行維護，以確保發(fā)射機穩(wěn)定運行。

（1）注重伺服匹配網(wǎng)絡的測試檢查，除定期測試記錄匹配網(wǎng)絡元件參數(shù)外，還利用網(wǎng)絡分析儀或者阻抗電橋等先進儀器定期對輸出匹配網(wǎng)絡匹配狀況、天饋線系統(tǒng)阻抗等相關網(wǎng)絡參數(shù)進行精確測試記錄，發(fā)現(xiàn)參數(shù)偏離的及時調(diào)整，確保匹配良好。

（2）常規(guī)維護中，加強對伺服匹配網(wǎng)絡驅(qū)動組件及連接部位的檢查維護。定期緊固伺服驅(qū)動組件的各類固定螺栓，定期檢查伺服電位器控制接線，確保安全可靠。

（3）定期檢查伺服驅(qū)動組件轉(zhuǎn)動部件的潤滑情況，并及時加注潤滑油；定期檢查伺服驅(qū)動組件皮帶的運行狀況，保證松緊度合適，換季或氣溫劇變時，及時調(diào)整皮帶的松緊度。

（4）定期進行N-0和N-1模式的切換，觀察伺服驅(qū)動組件各部位及真空電容轉(zhuǎn)動情況，確保運行可靠。

（5）定期對伺服匹配網(wǎng)絡的真空電容器進行高壓試驗，雷電天氣后及時檢查真空電容器的真空度及耐壓情況，確保真空電容性能良好。

（6）伺服匹配網(wǎng)絡為高電壓大電流部位，應增加例行檢查的頻次，以避免出現(xiàn)打火、過熱等情況發(fā)生。

結束語

深入分析設備的基本工作原理，掌握技術設備的運行特征，是做好技術維護工作的根本原則。希望通過本文的剖析，對廣播發(fā)射機相關電路的檢修維護有所幫助。

參考文獻

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［4］蘇英智、丁冬宜編著，黃濟民審核；《中短波電波傳播和天線實用手冊》；廣播電影電視部無線電臺管理局，1987

審稿人：嚴志剛內(nèi)蒙古新聞出版廣電局包頭廣播發(fā)射中心臺正高級工程師

責任編輯：王學敏

【中圖分類號】TN934.81

【文獻標識碼】B

【文章編號】2096-0751（2016）05-0021-05

作者簡介：田曙光國家新聞出版廣電總局594臺高級工程師