代 偉 許 功

（安徽廣播電視臺(tái) 阜陽(yáng)插花發(fā)射臺(tái)，安徽 阜陽(yáng) 236000）

我臺(tái)用于轉(zhuǎn)播中央人民廣播電臺(tái)第二套節(jié)目的發(fā)射機(jī)是廣東金意公司產(chǎn)的TXSM3000A 型全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，該機(jī)從正式播出以來距今差不多已經(jīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超五年了。該機(jī)的基本原理框圖如圖1 所示，所需轉(zhuǎn)播的音頻信號(hào)首先進(jìn)入250W 激勵(lì)器完成調(diào)制、變頻、功率放大，從激勵(lì)器輸出一定量值的射頻功率信號(hào)到功率二分配器，通過功率二分配得到兩路相同的功率信號(hào)再分別送入相應(yīng)的1500W 功放模塊進(jìn)行額定功率放大后，相應(yīng)得到兩路1500W 功率信號(hào)，這兩路1500W 功率信號(hào)。

圖1

最后進(jìn)入Gysel 功率合成器完成總功率的合成后輸出到天饋系統(tǒng)；該機(jī)采用微處理器技術(shù)、總線控制技術(shù)等，有一套較為完善的控制、保護(hù)系統(tǒng)，在發(fā)生過壓、過流、過激勵(lì)、功率不平衡、反射過大等情況時(shí)機(jī)器自身能迅速動(dòng)作，采取相應(yīng)措施保護(hù)機(jī)器和操作人員的安全。總體來看，這部發(fā)射機(jī)具有技術(shù)較為先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)，但從維護(hù)紀(jì)錄來看，在已經(jīng)過去的幾年里，該機(jī)卻共發(fā)生大大小小的故障不下十余次，平均每年都有一到兩次故障發(fā)生，和我臺(tái)其他幾部全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)相比，故障率是偏高了。該機(jī)最近一次故障現(xiàn)象是在激勵(lì)功率不變的情況下整機(jī)輸出功率大幅減小，經(jīng)查是第二塊1500W 功放模塊中的第1、3 兩塊300W 放大器中的核心元件——場(chǎng)效應(yīng)管MRF151G 損壞所至。在這次檢修過程中，通過對(duì)該機(jī)歷史故障維護(hù)紀(jì)錄比對(duì)后，發(fā)現(xiàn)只要是在激勵(lì)功率不變的情況下整機(jī)輸出功率大幅減小的故障都具有以下若干共同點(diǎn)：

圖2

（1）通常有一至兩只或更多場(chǎng)效應(yīng)管MRF151G 損壞。

（2）損壞的場(chǎng)效應(yīng)管都發(fā)生在第二塊1500W 功放模塊內(nèi)，在場(chǎng)效應(yīng)管損壞的同時(shí)還會(huì)有功放模塊內(nèi)的末級(jí)Gysel 功率合成器中對(duì)應(yīng)著的50Ω/250W 吸收負(fù)載開路。

（3）這種相同故障發(fā)生多次，發(fā)生時(shí)間基本上都是在每年天氣較熱的夏季。

我們把以上幾點(diǎn)共同點(diǎn)串起來，然后再仔細(xì)思考一下，我們就會(huì)產(chǎn)生很多疑問，特別是作為放大器的核心器件——場(chǎng)效應(yīng)管MRF151G 只要其輸入、輸出回來阻抗匹配，工作電壓、溫度和激勵(lì)功率在正常工作范圍，其壽命基本上是半永久性的，像這樣相對(duì)頻繁地?fù)p壞管子肯定不是偶然的突發(fā)現(xiàn)象，而是存在著可以導(dǎo)致管子損壞的不明的潛在故障點(diǎn)。本機(jī)共兩塊1500W 功放模塊，這兩塊模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路應(yīng)完全相同，每塊都是由六塊以MRF151G 管為核心的300W 放大器并聯(lián)互為冗余工作，其工作原理框圖如圖2 所示，由前面二功分器來的功率信號(hào)先進(jìn)入同相三分配器，得到三路同相等幅的信號(hào)，然后再分別通過一個(gè)3db 正交分配器后，得到兩兩正交、共計(jì)六路等幅的功率信號(hào)分別送入相應(yīng)的由MRF15G 為核心的功率放大器進(jìn)行額定的功率放大后，得到六路約300W 左右的功率信號(hào)，然后再通過相應(yīng)的3db 合成器兩兩合成輸出三路約600w 的功率信號(hào)，這三路600W 功率信號(hào)再接入Gysel 合成器對(duì)應(yīng)的C、E、H 點(diǎn)，通過Gysel合成器進(jìn)行功率合成，得到1500w 或更高的合成功率由D 點(diǎn)輸出，通過濾波器后進(jìn)行。

功率輸出至下一級(jí)。這兩塊1500w 功放模塊內(nèi)共有12 塊以MRF151G 為核心的額定功率為300W 的放大器，這些放大器工作在寬帶狀態(tài)，工作頻帶覆蓋整個(gè)調(diào)頻波段，同時(shí)是工業(yè)化生產(chǎn)，即這12塊放大器電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)是完全一樣的，既然是一樣的，為什么只有第二塊1500W 功放模塊內(nèi)有MRF151G 損壞，而第一塊內(nèi)還沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？另外，在MRF151G 損壞的同時(shí)，為什么基本上都會(huì)有Gysel合成器中相應(yīng)的吸收負(fù)載開路？（如第1、2 塊300W 放大器這組中有一路MRF151G 燒毀，相應(yīng)地接在Gysel 合成器中B 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的吸收負(fù)載也會(huì)開路。如圖2）。這說明發(fā)射機(jī)兩路1500W 功放模塊內(nèi)存在著不同點(diǎn)，又由于第一塊1500W 模塊沒有出過這類故障，所以就要以這塊模塊作為標(biāo)準(zhǔn)參照，仔細(xì)檢查第二塊1500W模塊和第一塊模塊在哪些地方有不同點(diǎn)，而這個(gè)不同點(diǎn)很有可能就是造成MRF151G 易損的根源。另外，還應(yīng)把MRF151G 的損壞和Gysel合成器中相應(yīng)的吸收負(fù)載的開路關(guān)聯(lián)起來，那就要著重檢查第二塊1500W 功放模塊末級(jí)的Gysel 合成器與第一塊1500W 功放模塊內(nèi)的末級(jí)Gysel 合成器有無區(qū)別。本機(jī)的1500W 功放模塊末級(jí)的Gysel 合成器是三路合成器，有三條支路，每條支路是由三段長(zhǎng)度為λε/4、特性阻抗為50Ω、具有一定功率容量的傳輸線串聯(lián)而成，如圖2 所示，即AB=BC=CD=AF=FE=ED=AG=GH=HD=λε/4，其中CD、ED、HD 這三段采用的是微帶線，其余的為同軸傳輸軟線。C、E、H為三路同相等幅輸入功率的接入點(diǎn)，理想狀態(tài)下這三點(diǎn)是互相隔離；B、F、G 三點(diǎn)是吸收負(fù)載接入點(diǎn)，理想狀態(tài)下在這三點(diǎn)上產(chǎn)生的合成功率應(yīng)是為零的，但在實(shí)際應(yīng)用中由C、E、H 接入的輸入功率不可能完全相等或同相，那么在B、F、H 三點(diǎn)上就會(huì)有一定的、在允許范圍內(nèi)的合成功率出現(xiàn)，形成損耗功率并被相應(yīng)的吸收負(fù)載吸收，從而不會(huì)對(duì)整體電路產(chǎn)生不利影響。結(jié)合故障中吸收負(fù)載開路的現(xiàn)象來思考，吸收負(fù)載之所以會(huì)開路，肯定是在其上消耗的功率相對(duì)過高、時(shí)間過長(zhǎng)，從而使吸收負(fù)載過熱，特別是夏季氣溫較高的季節(jié)，吸收負(fù)載就會(huì)更易變質(zhì)到完全開路。當(dāng)某一吸收負(fù)載開路后，在相應(yīng)的吸收點(diǎn)上的合成功率便會(huì)沿著傳輸線反向輸出至3db 合成器，這時(shí)的3db 合成器反向變成了分配器，輸出兩路等幅正交的功率信號(hào)至相應(yīng)的兩路300W 放大器的輸出回路，這就相當(dāng)于使相應(yīng)的放大器核心器件MRF151G 工作于高駐波狀態(tài)，從而造成MRF151G 的損壞?？梢娺@部發(fā)射機(jī)第二1500W 功放模塊易損MRF151G 的原因是Gysel 合成器中相應(yīng)的吸收負(fù)載開路所致。吸收負(fù)載開路是在其上消耗了超出允許范圍內(nèi)的合成功率所致，也就是在B、F、H 這些吸收點(diǎn)上產(chǎn)生了超出正常范圍的不平衡功率，這些功率的大小主要取決于輸入功率的不平衡程度以及在吸收點(diǎn)上幾路功率信號(hào)的相位是否反相或相位相差的程度來決定的，從本機(jī)實(shí)際工作情況來看，輸入到Gysel 合成器的三路功率信號(hào)應(yīng)是同相等幅的，即使幅度略有不同，它們的差別也應(yīng)是在允許范圍之內(nèi)的，因?yàn)樵?500W功放模塊內(nèi)的所有300W 放大器、3db 功率分配器和3db 功率合成器基本上是完全相同的，那么對(duì)在B、F、H 這些吸收點(diǎn)上不平衡功率的大小主要影響就只有剩下通過不同路徑到達(dá)這些吸收點(diǎn)的功率信號(hào)的相位差偏離所需的180°太多因素所致。如果構(gòu)成Gysel 合成器的λε/4 傳輸線的實(shí)際長(zhǎng)度與理論上電磁波在傳輸線內(nèi)傳輸時(shí)的波長(zhǎng)的四分之一電長(zhǎng)度相差太多，就會(huì)造成通過不同路徑到達(dá)這些吸收點(diǎn)的功率信號(hào)的相位差偏離過多，這些功率信號(hào)在吸收點(diǎn)合成，由于它們相位不是反相，在進(jìn)行矢量合成時(shí)就遵循平行四邊形合成法則，就會(huì)在相應(yīng)的吸收點(diǎn)上得到較大的功率信號(hào)，并消耗在吸收點(diǎn)所接的吸收負(fù)載上。正是基于這樣的思路，著重比對(duì)檢查第二塊與第一塊1500W功放模塊內(nèi)Gysel 合成器中的λε/4 同軸傳輸線的長(zhǎng)度是否一致，經(jīng)比對(duì)后發(fā)現(xiàn)第二塊內(nèi)的λε/4 同軸傳輸線AB、AF、AG 的長(zhǎng)度比第一塊內(nèi)的相應(yīng)位置的λε/4 同軸傳輸線多出近10 厘米。根據(jù)傳輸線理論可知，對(duì)于該機(jī)工作頻率為103MHz 射頻信號(hào)來說，經(jīng)過這多出的近10CM 的傳輸線后相位就會(huì)偏離出允許范圍，一如前面所述，最終在吸收點(diǎn)上得到較大的功率信號(hào)，并消耗在吸收點(diǎn)所接的吸收負(fù)載上，這些吸收負(fù)載如長(zhǎng)期消耗較大功率并工作于較高溫度的環(huán)境中，有可能在某一時(shí)間不堪重負(fù)而損壞，即而使前面的相應(yīng)的300W 放大器工作于高駐波比狀態(tài)，造成MRF151G 的損毀。

以第一塊1500W 功放模塊為標(biāo)準(zhǔn)參照，裁去第二塊1500W 功放模塊內(nèi)Gysel 合成器中λε/4 同軸傳輸線AB、AF、AG 多出的部分，并重新焊接牢靠，檢查無誤后開機(jī)，在同樣的激勵(lì)下，第二塊1500W 功放模塊的總的輸出功率比以前高出不少，說明無用的損耗減小了。通過這次處理后，這部發(fā)射機(jī)已經(jīng)安然渡過炎熱的夏季，走出了一到夏季就壞管子的怪圈。