新型50KW 腔體式短波廣播發(fā)射機射頻系統(tǒng)工作原理

新疆維吾爾自治區(qū)廣播電視局六三五臺 李英杰

本文簡述了新型腔體短波發(fā)射機的系統(tǒng)組成，重點講述了射頻系統(tǒng)的工作原理。射頻系統(tǒng)主要由頻綜、固態(tài)放大器、推動級放大器、末級放大器等組成。

新型腔體50kW短波無線電發(fā)射機是國家廣電總局為適應(yīng)“十二五”規(guī)模發(fā)展需要，鞏固和擴大原有廣播電視市場、提高產(chǎn)品質(zhì)量。2009年研制的第四代短波無線電發(fā)射機。短波發(fā)射機主要由音頻放大鏈、射頻放大鏈及相關(guān)的監(jiān)測、調(diào)諧、供配電、風(fēng)冷和水冷系統(tǒng)組成。

音頻放大鏈主要由PSM控制模塊、PSM電源模塊、PSM移相變換器和解調(diào)器組成。為了減少高幅調(diào)制過程中的音頻失真，最終的屏幕柵極電源需要相干。射頻放大鏈主要由頻率合成器、固態(tài)放大器、驅(qū)動級放大器、末級放大器（4CV100000C）、T網(wǎng)絡(luò)天線阻抗轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和匹配的輸入輸出調(diào)諧腔組成。相應(yīng)的放大管和腔體還設(shè)有相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)部件、調(diào)諧分配機構(gòu)和監(jiān)控采樣聯(lián)鎖保護電路。

1 頻率綜合器

BCS-50-1頻率合成器能在強干擾電磁環(huán)境中工作。光電轉(zhuǎn)換技術(shù)在子系統(tǒng)設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用。光電轉(zhuǎn)換技術(shù)用于模擬量的采集和閉塞空位量的輸入輸出?？紤]到應(yīng)用場合，各部分之間的距離較長，數(shù)據(jù)交換內(nèi)容較大，需要配置的控制量和參數(shù)較多。除了需要參與系統(tǒng)鎖定保護的必要信號外，還采用總線技術(shù)實現(xiàn)各功能單元之間的互聯(lián)，以減輕系統(tǒng)接線和系統(tǒng)調(diào)試的工作量。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)、CAN總線、RS485總線和RS232總線。BCS-50-1型頻率合成器可提供30MHz、30dBm的激勵信號。300全固態(tài)寬帶短波放大器全固態(tài)寬帶短波放大器，簡稱寬帶放大器。它通常由單級或兩級推挽放大器和傳輸線變壓器組成。寬帶放大器的主要功能是對頻率合成器輸出的高頻信號進行放大。該放大器是工作在A（AB）類放大器中的單級推挽放大器。它由高頻功率BLF278 MOSFET、高頻傳輸線變壓器、帶溫度補償?shù)暮懔髟雌秒娐返冉M成，其中傳輸線變壓器的作用是完成高頻信號的級間耦合、高頻功率傳輸、分配與合成、阻抗匹配和平衡變換。

寬放大器的主要技術(shù)性能指標(biāo)為：工作頻率范圍3.0～26MHz，輸出功率300W，輸入輸出阻抗50Ω，增益變化范圍±10dB，采用+24V和+44V直流電源。34CX3000A驅(qū)動級管驅(qū)動級放大器采用柵極接地電路。管的工作點應(yīng)設(shè)置在ab1電平，即C電平和ab電平之間，功率放大器處于弱線性狀態(tài)。根據(jù)4CX3000A金屬陶瓷四極桿的特性曲線，參照推薦的典型工作狀態(tài)值，采用工程設(shè)計中常用的圖解法和多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計法確定驅(qū)動級放大器的工作狀態(tài)（計算值），計算過程使用Excel數(shù)學(xué)計算表進行計算。

陽極并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)主要包括C1和L1。此外，C3、C2和部分導(dǎo)聯(lián)電感也參與通道調(diào)諧。當(dāng)改變頻率時，線圈電感和真空電容器是同軸調(diào)諧的。更改C1和L1既是粗調(diào)又是微調(diào)。44CW100000C末級電子管新型50kW腔式短波廣播發(fā)射機采用傳統(tǒng)的陰影線，放大器增益高，對前級激勵功率要求低，電子管輸入阻抗高。高端電平是發(fā)射機中最大的機柜，由發(fā)射四極桿、雙π板槽、驅(qū)動裝置等輔助電路組成。其主要功能是：一是將驅(qū)動級輸出的1kW左右的高頻信號放大到50kW以上；二是實現(xiàn)屏幕調(diào)幅，即利用音頻調(diào)制器傳來的高頻信號對高端管的屏幕電壓進行調(diào)制，實現(xiàn)載波信號的調(diào)幅；三是濾除諧波和雜波；四是完成輸出阻抗匹配，以實現(xiàn)最大功率輸出。

高端管采用FD003Z（或4CV100000C）蒸發(fā)式金屬陶瓷四極發(fā)射極，工作在C型弱過壓放大狀態(tài)，可獲得更高的輸出功率和效率。高壓終端晶體管的典型工作條件為：直流屏電壓9.5kV，屏電流6～6.5A，屏柵壓+650V，固定偏置電壓-300V，柵勵磁電壓800V左右，末級燈絲高電壓10V交流（300A），由3kVA交流穩(wěn)壓電源供電，電壓穩(wěn)定性±1%。

2 射頻末級輸出網(wǎng)絡(luò)的基本組成及維護

射頻功率放大器的輸出網(wǎng)絡(luò)或負載，一般情況下可以通過可調(diào)電容以及電感來構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò)，通過使用電容與電感來對系統(tǒng)調(diào)節(jié)進行控制，保證在網(wǎng)絡(luò)下的工作頻率，在脈沖電流中合理選擇基波，對諧波進行濾除，控制諧波的輻射，負載的阻抗匹配；電子管板最后一級的阻抗與負載的阻抗匹配，基波攜帶射頻功率來進行有效的傳輸，射頻放大器處于高效率的工作狀態(tài)中，管的負載阻抗呈現(xiàn)出聯(lián)諧振特性，新形態(tài)能夠?qū)δ芄δ芡ㄟ^品質(zhì)因數(shù)Q值來進行體現(xiàn)，這一數(shù)值必須大于2，這樣才能有效形成脈沖波形電流。

網(wǎng)絡(luò)通過應(yīng)用低筒結(jié)構(gòu)將每個電容進行接地處理，使得電桿進行串聯(lián)，整個網(wǎng)絡(luò)對中安置在射頻終端，通過應(yīng)用條斜線結(jié)構(gòu)來進行可調(diào)電感應(yīng)用，通過圓柱形形成線圈，最終變成三個回路，電線安裝在屏蔽盒內(nèi)，可調(diào)真空電容器的驅(qū)動裝置集中在唯一的屏蔽空間內(nèi)，泰勒斯的設(shè)計布局，具有較好的分布參數(shù)，這樣能夠有效的消除甚高頻，濾波器濾波以及寄生震蕩濾波，與此同時這一結(jié)構(gòu)較為簡單，在運行過程中維護較為方便，且運行較為穩(wěn)定。

通過應(yīng)用可調(diào)電感以及可調(diào)節(jié)真空電容，能夠保證整個電路在5.9MHz至26.1MHz范圍內(nèi)進行自動調(diào)節(jié)，發(fā)射機可以從1000Hz的長條協(xié)調(diào)，這是一個短波，廣播頻段的任何一個頻率。可調(diào)元件由DC電機進行定位，MP11驅(qū)動C275、MP10驅(qū)動l271、MP09驅(qū)動C271、MP08驅(qū)動l261、MP07驅(qū)動C261和C262、MP06驅(qū)動l251、MP05驅(qū)動C251。另外，為了更好的抑制諧波，在l251中間安裝了可調(diào)電容C252（由短路開關(guān)MS25控制）。

在運行過程中輸出網(wǎng)絡(luò)的維護與檢修主要包括以下幾個方面：調(diào)諧電感和真空電壓器、傳動裝置以及驅(qū)動電機電容器、冷卻系統(tǒng)、電感器、冷卻系統(tǒng)短路開關(guān)、底盤內(nèi)部清潔、射頻點火處理以及短路開關(guān)。其中輸出網(wǎng)絡(luò)中的短路開關(guān)，在運作過程中以及維護過程中，必須檢查相關(guān)觸點的磨損。應(yīng)特別注意觸點和感應(yīng)線圈之間的重合度。由于頻繁運動，觸點不會緊密配合，甚至在一段時間后會移動，很容易導(dǎo)致感應(yīng)線圈與觸點發(fā)生接觸不良，從而導(dǎo)致點火失敗，點火過程中形成的積炭以及毛刺要對其進行及時的處理，否則很容易擴大故障點，導(dǎo)致觸點發(fā)生損壞，對于變形和磨損的觸點要及時進行更換。最容易出現(xiàn)問題的是MS25，在視頻系統(tǒng)進行維護過程中要進行定期檢查，應(yīng)當(dāng)定期檢查MS27，因其位于底盤底部，在普通的維護過程中往往容易被忽視。將溫度片粘貼在可調(diào)電容器的陶瓷表面，檢查是否過熱。如果貼片顏色變暗，則電容器過熱。

維護時注意調(diào)整出料球之間的距離，嚴格按照相應(yīng)的規(guī)定進行調(diào)整，對距離進行實時調(diào)整，如果兩者之間的距離過大，導(dǎo)致缺乏保護，如果距離過小，整個系統(tǒng)會進行頻繁的放電，在這一過程中控制系統(tǒng)會出現(xiàn)啟動保護，導(dǎo)致整個變壓器的壓力降低，應(yīng)當(dāng)定期對傳統(tǒng)的機械傳動裝置進行檢查，保證整個傳動部分的穩(wěn)定與平衡，避免出現(xiàn)受力不均，在檢查過程中應(yīng)當(dāng)注意檢查視頻機箱門的彈性接地板。往往有一個點火點，點火位置隱蔽，不易發(fā)現(xiàn)。在維護期間，仔細檢查板條和門框是否有著火的跡象。著火嚴重的條帶應(yīng)及時更換。輕火接觸面應(yīng)打磨干凈，同時應(yīng)干凈靈活。檢查密封條是否與門框緊密接觸，以確保底盤得到良好的屏蔽。輸出網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中分立元件的清洗是日常維護的重要組成部分?；覊m沉積物容易點燃，灰塵沉積物會導(dǎo)致接觸不良等。

3 短波廣播發(fā)射機維護與檢修探討

短波廣播發(fā)射機在修理之前應(yīng)當(dāng)注意整個發(fā)射機的工作狀態(tài)，在對發(fā)射機射頻進行檢查過程中，通常而言，發(fā)射機的電路性能直接決定著發(fā)射機的整體性能，因此需要對整個電路狀態(tài)進行重點的維護和保持，以確保調(diào)制器電路以及電源始終處于正常的工作狀態(tài)，具體而言，短波發(fā)射機的維護主要從以下幾個方面進行：

（1）松弛回路的調(diào)整和維護

首先，調(diào)整發(fā)射放大器電路中每個電平的參數(shù)。具體過程如下：①調(diào)節(jié)弛豫波形輸出級的頻率振蕩電流；②將短波廣播發(fā)射機調(diào)諧方式的控制開關(guān)調(diào)整到非自動調(diào)諧位置；③斷開松弛電路的射頻輸入插頭。首先對可變電壓的電路進行維修，第一步要關(guān)閉相應(yīng)的電源開關(guān)，在這一過程中應(yīng)當(dāng)使用波形示波器來對其進行測試，確?？勺冊鲆娣糯笃髋c探頭進行緊密連接，然后將射頻插頭插入，斷開相應(yīng)的電源開關(guān)。

（2）射頻驅(qū)動電平的調(diào)整和維護

在對射頻驅(qū)動電機進行維護和調(diào)整前，整個輸出功率值必須在相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計范圍之內(nèi)，如果相應(yīng)的功率較小，會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，抑制管的輸出功率要低于整個產(chǎn)品的設(shè)計值，這會對整個發(fā)動機的正常工作產(chǎn)生嚴重的影響。

（3）三個電聲指標(biāo)的調(diào)整和維護

電聲指標(biāo)主要指的是非線性失真頻率響應(yīng)以及噪聲水平，在整個維修過程中，相關(guān)的技術(shù)工作人員必須對整個發(fā)射機進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證整個發(fā)動機的處于可工作狀態(tài)，在維修中，如果發(fā)現(xiàn)不合格的連接或者工作狀態(tài)不好的零件要及時進行更換。