DF100A發(fā)射機末級槽路的計算與仿真

摘要：DF100A發(fā)射機末級槽路的選取及各頻率的位置對發(fā)射機安全播出具有非常重要的影響。文章主要對末級槽路進行了計算，并結(jié)合Smith仿真，進行了簡單分析，對維護人員有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：DF100A發(fā)射機;末級槽路;仿真

中圖分類號：TN934.1? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0268-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Calculation and Simulation of the Upper Network of DF100A Transmitter

YANG Jin-cai

（State Administration of Press Publication ，Radio， Film and Television 491，Beijing 100121，China）

Abstract：The selection of the upper network of DF 100A transmitter and the position of each frequency are very important to the safe broadcast of transmitter. In this paper， the upper network is calculated and analyzed in the light of Smith simulation， which has some reference significance for maintenance personnel.

Key words：DF 100A transmitter; the upper network; Simulation

DF100A發(fā)射機的核心器件是高末級電子管， 目前市場上主要有美國愛瑪克公司的4CV100，000、北京京東方的FU3124ZA、成都旭光的FD003Z這三種類型的電子管，由于各廠家生產(chǎn)的管子工作參數(shù)、特性不同，對應(yīng)的槽路匹配網(wǎng)絡(luò)也要做相應(yīng)的調(diào)整，才能使功率最大限度地傳送出去，因此深入研究學(xué)習(xí)末級槽路匹配網(wǎng)絡(luò)是非常有必要的。

DF100A發(fā)射機末級槽路有諧振、濾波，阻抗變換的作用。采用π倒L網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)配，主要有幾方面優(yōu)點：j 所需元器件較少，結(jié)構(gòu)簡單。k 調(diào)諧元件少，調(diào)諧方便。l? 阻抗變換能力強。m π網(wǎng)絡(luò)的兩電容臂有較好的濾波能力[1]。除此之外，π網(wǎng)絡(luò)的電感采用波段形式，雖不能連續(xù)調(diào)諧，但能滿足DF100A發(fā)射機所要求頻段內(nèi)所有頻率，這樣就為調(diào)整網(wǎng)絡(luò)帶來了極大的方便，同時，槽路電感采用三根短路棒短路線圈的模式來改變感量，并將不用部分短路在零磁場內(nèi)，在一定程度上保證了發(fā)射機的穩(wěn)定工作。

1槽路計算

DF100A發(fā)射機的槽路既提供載波通路，又能匹配阻抗，即當(dāng)槽路輸入阻抗Zin與末級電子管屏級的輸出阻抗Roe共軛匹配時，則能實現(xiàn)75Ω負(fù)載的最大輸出功率，且末級電子管的屏級損耗最低，效率最高。

圖1所示為高末槽路網(wǎng)絡(luò)原理圖，圖中電子管選用4CV100，000，其屏級輸出特性阻抗為800Ω，圖中與地連接的電感為屏級阻流圈，其電感量大約在2E-5H左右;與地連接的電容為屏級分布電容，其電容量大約在1E-10F左右;C35為隔直鍋電容，其電容量大約在2E-09F左右;串聯(lián)在通路上的電感為引線電感，其電感量大約在1E-07H左右[2]。DF100A發(fā)射機采用了多種方式來減小這些分布電感和電容對槽路的影響，比如360度的隔直電容、3L12將不用的電感短路于零磁場內(nèi)等。

由于這些電容量電感量均特別小，不會對槽路的通頻帶及阻抗變換產(chǎn)生質(zhì)的影響，因此我們在計算的時候可以忽略不計。在實際維護發(fā)射機的過程當(dāng)中，由于屏級阻流圈靠近電子管，它會在某個在播頻率的高次諧波上產(chǎn)生震蕩，引發(fā)打火，我們可以通過改變匝間距離來破壞震蕩條件，從而避免打火。

圖1中C36為調(diào)諧電容，由 兩個30～650pF的可變電容并聯(lián)而成，C38為調(diào)載電容，由兩個100～200pF的可變電容并聯(lián)而成，L12可分為11個波段，根據(jù)設(shè)計參數(shù)，不同的頻段選擇不同的波段來進行粗調(diào)，π倒L網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為75Ω純阻。

由于倒L網(wǎng)絡(luò)只有1個電容臂，且輸入阻抗100Ω，輸出阻抗75Ω，因此Q值是確定的，故調(diào)諧元件L13是固定的。本文通過選取3.9M和22M兩個DF100A發(fā)射機極端頻率進行計算來說明問題，計算過程會用到如下公式：

（1） 在串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，容抗、感抗與Q值的關(guān)系：

（2） 輸入輸出阻抗與Q值的關(guān)系：

（3） 容量、感量與容抗、感抗的關(guān)系：

根據(jù)上述計算公式，利用Excel強大的運算功能，編輯公式進行計算，當(dāng)取不同Q值時的結(jié)果列于表1、表2中。

表1、表2已將槽路在特定頻率下，在不同的Q值選取下，各可變調(diào)諧調(diào)載元件的電容量與電感量計算出來了，通過與實際使用值進行對比，我們可以了解在用槽路的Q值及各元件的邊界情況，對我們實際維護發(fā)射機有很大幫助，從上表的計算結(jié)果也可以看出，Q值的選取對槽路的影響是非常大的。在3.9MHz時，當(dāng)Q值選取26時，C36 、C38就會超過設(shè)計電容的容量。在22MHz時，當(dāng)Q值選取26時，L12就會低于設(shè)計電感的感量?？傊?，Q值過低，槽路的頻帶就會過寬，導(dǎo)致選頻能力下降，甚至超過設(shè)計元器件的極小值（圖3中黑體標(biāo)出）;Q值過高，就會導(dǎo)致局部電壓過高打火，甚至超過設(shè)計元器件的極大值（圖2中黑體標(biāo)出），從而無法實現(xiàn)功率傳遞。根據(jù)計算結(jié)果及實際元件，Q值一般選取在18—24之間。

當(dāng)工作頻率為3.9MHz時，C36 、C38值為最大，應(yīng)分別滿足兩個調(diào)諧、調(diào)載電容的最大值之和。當(dāng)工作頻率為22MHz時，C36 、C38值為最小，應(yīng)分別滿足兩個調(diào)諧、調(diào)載電容的最小值之和。在整個頻段內(nèi)，所有槽路調(diào)諧元件均有一定的余量。當(dāng)槽路負(fù)載阻抗按駐波比（1～1.5）：1變化時，槽路經(jīng)調(diào)整后仍能達到匹配。

2 仿真

2.1 仿真

史密斯圓圖主要用于傳輸線的阻抗匹配上，其本質(zhì)是將無窮大的面畫在一個圓圖上。基本在于以下的算式：

Γ代表其線路的反射系數(shù)，即S11，Z是歸一負(fù)載值，即。當(dāng)中，ZL是線路的實際負(fù)載值，Z0是傳輸線的特征阻抗值，本文使用75Ω，通過反射系數(shù)可以了解網(wǎng)絡(luò)的傳輸特征。

根據(jù)前文計算結(jié)果，使用史密斯圓圖軟件進行仿真，如圖2為22MHz時，Q值為26的阻抗圓圖，圖3為22MHz時，Q值為10的阻抗圓圖，表3、表4為阻抗圓圖上不同Q值對應(yīng)的阻抗值。

如上圖及表所示，從75Ω負(fù)載通過阻抗變換軌跡到達820Ω附近，由于計算值有取舍，因此結(jié)果與高末電子管4CV100，000的額定輸出阻抗有偏差，在實際調(diào)配過程中也不完全匹配到800Ω。從圖中我們可以將每個元件的作用清晰的體現(xiàn)出來，維護人員可根據(jù)L12的波段性來靈活調(diào)整C36 和C38的位置，使其達到最佳匹配。另外，從圖2、圖3我們可以清晰地看到C38電容軌跡與實軸準(zhǔn)確地相交于100Ω的等阻圓上。

前文提到過，史密斯圓圖的本質(zhì)是將無窮大的面畫在一個圓圖上，越接近圓圖邊界，對應(yīng)的值越大。從圖2、圖3對比可以看出，圖2的軌跡更加靠外，在調(diào)諧過程當(dāng)中不易找到調(diào)諧點，容易調(diào)飛，所以，Q值的選擇不是越大越好，滿足要求即可。

2.2 關(guān)于史密斯圓圖阻抗匹配的簡單應(yīng)用說明

把阻抗圓圖與導(dǎo)納圓圖合并使用，可以把任意阻抗點通過沿等電阻圓，等電抗圓，等電納圓和等電導(dǎo)圓移動而匹配到原點（即阻抗匹配點）上。不同的移動方式對應(yīng)不同的元件連接。串連L，阻抗點沿著電抗刻度（即等電阻圓）右旋移動;串連C，阻抗點沿著電抗刻度左旋移動;串連R，阻抗點沿著電阻刻度（即等電抗圓）移動;并聯(lián)L，阻抗點沿著電納刻度（等電導(dǎo)圓）左旋移動;并聯(lián)C，阻抗點沿著電納刻度（等電導(dǎo)圓）右旋移動;并聯(lián)R，阻抗點沿著電導(dǎo)刻度（等電納圓）移動。

3 結(jié)束語

本文通過對DF100A發(fā)射機末級槽路的計算，并結(jié)合作者維護經(jīng)驗，對末級槽路元件選取及日常出現(xiàn)的故障進行了簡單分析，同時利用Smith仿真軟件對計算結(jié)果進行了驗證。文章僅在理論層面上進行了仿真，后期，作者會通過獲取發(fā)射機在播頻率的位置進行仿真分析，可能對提高槽路效率，降低局部打火風(fēng)險，提升安全播出保障有一定的現(xiàn)實意義。作者水平有限，如有謬論，請讀者批評指正。

參考文獻：

[1] 龔協(xié)亨.418E型100kW短波發(fā)射機高末級的分析[J].廣播電視發(fā)送與傳輸維護手冊，2003：349-360.

[2] 肖剛，張廣鑫，王磊，楊金才.TSW2500型500kW發(fā)射機末級自動調(diào)諧的研究與仿真.第二屆無線廣播技術(shù)研討會論文集[C].北京：北京日報出版社，2017（6）：261-264.

【通聯(lián)編輯：光文玲】