廣播發(fā)射機功率合成技術(shù)中的電壓與電流分析

田永軍 劉赫

1.2.內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心610臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010000

1 功率合成的工作原理

以正泰10kW中波發(fā)射機為例，42個大臺階功放和6個二進制小臺階功放的輸出端，通過一個初級為18匝的磁環(huán)線圈套在次級功率合成銅棒上，而次級合成銅棒等效為48個1匝的次級線圈串聯(lián)，在調(diào)制編碼輸出負、正電壓控制下進行48個功放的開啟和關(guān)閉。使每個功放輸出的載頻基波電壓在次級銅棒上串聯(lián)疊加，同時功率也進行相應(yīng)增大。

每個大臺階功放輸出變壓器初級基波電壓由橋式功放輸出的載波方波分解為有效值（E是功放的供電電壓230V）折合到匝比18∶1次級銅棒上的電壓11.5V（），次級銅棒合成器最上端的阻抗為4Ω左右。當(dāng)1個大臺階功放導(dǎo)通時，功放輸出變壓器次級電壓為11.5V，輸出功率為33W；當(dāng)打開2個大臺階功放時，輸出功率為132W。當(dāng)打開n個大臺階功放時，在次級合成器上疊加的基波電壓為（11.5V×n），輸出功率為〔（11.5V×n）2/4Ω〕W。（n＝1、2、3…42）。

每個二進制小臺階的功放輸出電壓分別為大臺階功放基波電壓的1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64，當(dāng)二進制臺階功放在1E/2工作時，疊加1/2×11.5V基波電壓，若6個二進制臺階功放全在工作時，疊加的二進制臺階電壓為63/64×11.5V，近似又打開一個大臺階功放。

當(dāng)任何一個二進制臺階功放工作時，在次級銅棒上就疊加這個二進制臺階功放的基波電壓，這時打開的大、小臺階功放的電壓就在功率合成器（次級銅棒）疊加相應(yīng)的基波電壓，總U基波電壓的平方除以次級負載（4Ω）就是發(fā)射機輸出的合成功率。P合成輸出＝（U總基波）2/4Ω。

2 功率合成中電壓、電流的計算

2.1 功放輸出電壓

當(dāng)功放模塊全橋工作時，兩斜對角場效應(yīng)管輪流飽和導(dǎo)通，在A、B半橋供電電壓E的作用下，功放輸出在線圈兩端產(chǎn)生載頻方波電壓，載頻方波電壓分解的基波電壓有效值為當(dāng)功放電壓（E）為230V時，功放輸出在初級線圈上基波電壓的有效值為207V次級上的電壓有效值是11.5V說明每個大臺階功放疊加到功率合成器銅棒上的電壓有效值是11.5V，

功率合成簡圖

當(dāng)功率合成器的負載阻抗調(diào)整為4Ω，18個大臺階功放模塊導(dǎo)通時，發(fā)射機在次級銅棒上合成的載頻功率為10.7kW。

所以當(dāng)功率合成器上功率為10.7kW時，是可以忽略功放和功率合成器的損耗，實際上是略大于10kW。不同的發(fā)射頻率損耗不一樣，經(jīng)帶通濾波器輸出的載波功率是10kW。

每個打開功放的輸出電阻為72Ω。

即每個大臺階功放輸出功率為595W。

若每個導(dǎo)通的大臺階功放在次級功率合成器上疊加的載頻基波電壓有效值為11.5V，則二進制小臺階功放疊加的載頻基波電壓有效值分別為1/2×11.5V、1/4×11.5V、1/8×11.5V、1/16×11.5V、1/32×11.5V、1/64×11.5V。二進制臺階功放的輸出電壓大小可通過降低功放供電電壓或增加功放輸出變壓器初級線圈的圈數(shù)來調(diào)節(jié)。二進制臺階功放的供電電壓越低，初級線圈圈數(shù)越多，輸出的電壓越小，最終合成的功率越小。

2.2 功放輸出電流

當(dāng)打開18個大臺階功放導(dǎo)通時，發(fā)射機輸出約10kW的載頻功率，每個大臺階功放輸出的載頻基波電流有效值為：

I初＝ /R每個=207V/72Ω＝2.87（A）

由于18個大臺階功放次級是串聯(lián)輸出的，它等效到初級也是串聯(lián)狀態(tài)，所以每個打開大臺階功放的初級電流為總電流輸出，等效到次級功率合成器（銅棒）上的電流為：

I次=I初×18=2.87A×18=51.7（A）

此時，大臺階功放輸出變壓器的初、次級匝比為18∶1，打開功放的初級電流乘18，就是功率合成器的次級電流。所以這個51.7A的電流就是功率合成器輸出在10kW載頻功率時基波電流有效值。

2.3 功放在不同狀態(tài)下輸出的電壓、電流和功率

大臺階功放工作時，功放輸出變壓器初級的載頻方波電壓根據(jù)傅里葉級數(shù)分解的載頻基波峰峰值電壓是1.27E（4E/π），有效值電壓U0為207每個功放疊加到次級功率合成器的載頻基波電壓有效值為11.5V每打開1個大臺階功放，就在次級上疊加11.5V基波電壓。導(dǎo)通的功放個數(shù)越多，在次級上疊加的電壓越高。

2.3.1 當(dāng)發(fā)射機有1個大臺階功放導(dǎo)通時

疊加到次級的電壓：U次=11.5V次級電流有效值I次=2.875（A）

大臺階功放初級導(dǎo)通的基波電流有效值I初為：

I初=I次/k=2.875/18＝0.159（A）（k：為初級匝數(shù)）

輸出功率：P載=U次×I次=11.5×2.875=33（W）

2.3.2 當(dāng)打開18個大臺階功放時

疊加到次級的電壓：U次=11.5V×18＝207（V）

次級電流有效值：

I次=U次/RL=207V/4Ω=51.7（A）

轉(zhuǎn)換到初級載頻電流有效值I初為：

I初=I次/k=51.7A/18＝2.87（A）（k：為初級匝數(shù)）

輸 出功率：P載=U次×I次=207V×51.7A=10.7（kW）

2.3.3 當(dāng)打開全部大臺階和小臺階（42+63/64全部打開）時

次級疊加電壓最大為：U次max=

次級峰值電流為：I次max=U次max/RL=495/4=124（A）

輸出峰值功率：Pmax=U次max×I次max=495V×124A=61（kW）

轉(zhuǎn)換到每個大臺階功放初級的峰值電流為I初max=I次max/k=6.89（A）最大功率輸出時，單個功放輸出功率為P每塊max=Pmax/42.98=1419（W）

從以上計算可以看出：每個大臺階功放工作時的輸出電流I和功率P隨著打開功放的多少而變化，當(dāng)打開42.98塊個大臺階功放（輸出最大功）時，每個大臺階功放輸出功率1419W，每個打開大臺階功放的初級電流為6.89A，次級電流為124A。當(dāng)打開1個大臺階功放時，輸出功率僅為33W，初級電流僅為0.159A，次級電流為2.875A它們的差別十分巨大。功放輸出為串聯(lián)疊加，各大、小臺階功放的初級和次級電流均隨著功放開通個數(shù)的增加而增大，但打開功放后，各大臺階功放的初級電流、電壓都一樣大，在次級功率合成器上進行電壓和功率疊加，每個打開功放的次級阻抗在功率合成器上也疊加。關(guān)斷功放的輸出電壓和電流為零，由于關(guān)斷功放初級線圈的低阻通路，使關(guān)斷功放的次級線圈阻抗為零，不影響打開功放的電壓疊加和電流通路，使功率合成不受影響。

結(jié)束語

通過對大臺階、小臺階功放電壓、電流及功率的實例分析和推算，從工作原理看是由多個功放的輸出端經(jīng)高頻合成變壓器，在次級輸出一個相串聯(lián)的疊加電壓，它的大小決定功放開啟的多少，而每個功放工作時輸出電流I和功率P也隨著打開功放的多少而增加變化，功放開通越多，疊加電壓越大，輸出的電流、功率越大。可以看出，功放開通的數(shù)量增加，對應(yīng)電流、電壓和功率都隨之增加。