王鐵英（國家新聞出版廣電總局二〇二四臺，黑龍江佳木斯，154025）

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DF500A型廣播發(fā)射機射頻末級分析與研究

王鐵英
（國家新聞出版廣電總局二〇二四臺，黑龍江佳木斯，154025）

摘要：DF500A型短波發(fā)射機射頻末級是發(fā)射機的射頻電路設計的核心單元，是發(fā)射機能否穩(wěn)定運行的基礎和關鍵。深入研究分析其運行機制和原理有助于提升維護與管理水平，增強駕馭安全傳輸發(fā)射工作的能力。

關鍵詞：發(fā)射機；射頻末級；中和電路；鑒相電路

0　引言

國產DF500A型500KW PSM調制短波廣播發(fā)射機射頻末級是發(fā)射機實現(xiàn)射頻信號放大和信號調制的關鍵部件，同時也是發(fā)射機調試的重點和難點，該系統(tǒng)設計是否科學合理決定著發(fā)射機是否能穩(wěn)定運行的基礎。

1　射頻末級概述

射頻驅動級電子管屏級輸出與射頻末級電子管柵極之間通過一個Π網絡匹配，Π網絡中的電感L133(MP4)和C133(MP2)可調，射頻末級管的輸入電容當做這個Π網絡的輸出電容，它對于每個頻率是變化的，發(fā)射機換頻時要調整該Π網絡。

射頻驅動級輸出功率主要用于驅動射頻末級和補償線路損耗。射頻末級采用陰地電路，正常工作時柵流很小，以保證射頻末級管穩(wěn)定的處于丙類過壓狀態(tài)。射頻末級和其輸出網絡之間的射頻耦合是通過隔直電容C250來實現(xiàn)的，該電容呈圓筒狀，套在射頻末級管屏級上。這種結構設計緊湊，引線電感很小。

射頻末級電子管TH576是特超蒸發(fā)冷卻陶瓷四級管，陰極和柵極采用特殊結構設計，減小了柵陰之間的極間電容，從而保證了發(fā)射機在高頻端也能穩(wěn)定地工作。

圖1　射頻末級簡圖

2　射頻末級設計原理

射頻末級電子管將激勵信號和音頻信號進行疊加，進而轉換為射頻能量，通過發(fā)射機的天線交換矩陣和同相水平天線發(fā)射出去。高末電子管采用的是陰地線路結構，這種接線方式，可以有效簡化高末電子管簾柵極的退耦電路。

2.1 射頻末級基本結構

發(fā)射機射頻末級采用的是超蒸發(fā)冷卻陶瓷四極管（TH576），該電子管工作在C類狀態(tài)，并且可以工作在無柵流狀態(tài)，其驅動功率只是用于補償輸入匹配線路的損耗。但是，為了使電子管工作在穩(wěn)定的飽和C類狀態(tài)，其柵流一般額定設計電流約為2A，激勵功率約為3～4KW，柵極偏壓約為負800V，其額定載波輸出功率為500KW，屏級阻抗約為190Ω。射頻末級簡圖如圖1所示。

輸入匹配網絡設計在射頻驅動級和射頻末級之間，主要是實現(xiàn)提供阻抗匹配的作用，它是由電容C133和電感L133構成的Π型射頻網絡，高末電子管的柵陰極間電容就相當于其輸出電容量。其中，C133 和 L133是可調諧元件，其自動調諧主要依據額定柵流和鑒相信息PHI1來進行。C140A和C140B構成Π中和結構，主要用來降低放大器的反饋作用，這種結構具有很好的中和調諧能力。

音頻信號由PSM放大器放大，送入末級電子管作為屏極的電源電壓，屏極調制時這個電壓從0–28 kV變化，簾柵極同樣也需要調制，這是由簾柵極同調阻流圈L221來完成的，調制度大約為60%。

射頻能量耦合到輸出網絡是經過一個2 nF / 45 kV的電容C250來完成的。

2.2 射頻中和電路分析

射頻末級管V2采用陰極接地電路，且簾柵極通過薄膜電容進行射頻接地，各極間分布電容等效示意圖如圖2所示。其中，高末電子管屏級的輸出等效分布電容Cout可歸入末級網絡內計算，同時，屏極-簾柵極等效分布電容Cag1、等效柵陰極輸入電容Cin和射頻末級輸入網絡及中和電容C140A、C140B一起構成射頻末級中和電路。

圖2　高末管極間分布電容等效示意圖

射頻末級輸入網絡由真空電容C133、盤型線圈L133和高末電子管等效柵陰極輸入電容Cin組成，其主要作用是進行阻抗匹配和濾波。根據發(fā)射機控制系統(tǒng)的調諧指令C133和L133執(zhí)行粗調諧定位，之后，根據柵流IG1V2的額定值和射頻驅動級的相位信息進行細調諧。

圖3　射頻末級輸入網絡和射頻末級中和電路原理圖

高末電子管中和電路的主要作用是消除與工作頻段的寄生振蕩，其原理圖如圖3所示。當C140、Cag1、C133和Cin構成的電橋達到平衡條件時，即滿足C140/C133=Cag1/Cin時，該電橋對角線A-K和A-g1之間互不影響，這樣，屏級回路和柵極回路實現(xiàn)隔離，沒有反饋和直通，從而實現(xiàn)中和之作用。這樣就可以有效防止寄生振蕩，提升其工作的穩(wěn)定性。另外，雖然g1-K之間有反饋，但屬于負反饋，不會形成寄生振蕩。

2.3 射頻末級輸出網絡分析

射頻末級輸出網絡是一種低通結構，由3個射頻Π網絡構成，如圖4所示。發(fā)射機射頻3Π網絡主要作用是實現(xiàn)諧振、阻抗變換和濾波功能。一方面，把射頻輸出阻抗轉換為射頻高末電子管所需的等效屏級阻抗；另一方面，是網絡諧振于工作頻率，濾出高次諧波。由于射頻高末電子管工作于高效率的丙類狀態(tài)，電子管阻抗應呈現(xiàn)并聯(lián)諧振特性。高末射頻3Π網絡的電感采用的是調諧線結構，這種結構的特點是分布參數很小，并且這種結構產生的寄生振蕩頻率遠高于其工作頻率，這樣通過后級的甚高頻濾波器就可以進行有效濾除。發(fā)射機控制系統(tǒng)通過自動調諧電感L271和電容C275可以優(yōu)化發(fā)射機運行狀態(tài)和駐波系數。

3　鑒相電路分析

電子管高頻調諧放大器工作于調諧狀態(tài)時，其屏級電壓和柵極電壓之間的相位差為180°，失諧時則不等于180°。鑒相器電路對這種相位差進行鑒別，180°相位差時鑒相器輸出零信號，否則輸出正電壓信號或負電壓信號。

圖4　射頻末級輸出網絡

末級的鑒相電路鑒別的兩個矢量電壓的相位差為90°時，鑒相器的直流輸出信號電壓為零。假設大于90°時輸出為正電壓信號，那么在小于90°時則輸出負電壓信號，并且在相位差數值較小時，輸出電壓的絕對值與相位差的絕對值成比例。輸出電壓大小的改變控制電機改變轉動速度，鑒相器輸出為零時電機停止轉動。不同調諧狀態(tài)下的矢量圖如圖5所示。

3.1 基本原理

鑒相器對射頻信號進行數字化處理，它測量兩個輸入信號間的相位作為一個絕對值，對相位調制也是一樣的。相位信息PHIDC是一個純直流信號，而相位調制信號PMAC是一個添加了音頻信號的直流電壓。兩種信息信號的輸出都是有效的。

兩路信號Ug(參考)和Ua在經過比較器數字化后，再經由2D觸發(fā)器組成的數字鑒相電路中互相進行比較。結果使信號已經包括了脈寬形式的相位調制脈沖。這些信號相減：Uphi=Ug-Ua，再通過兩級濾波。在經過第一級濾除后信號PMAC就是有效的了，而信號PHIDC是在后面的低通之后出現(xiàn)的。在數字信號處理的范圍內（ECL邏輯），為了不產生任何信號失真，所有信號線都被設計成50Ω線，接終端負載。

3.2 取樣電路分析

輸出信號PHIDC通過取樣放大板A10送到調諧控制器，如圖6。

（1）輸入電路

來自兩個分壓器的輸入信號（Ug和Ua）通過相同的-3.5dB衰減器后被送至比較器。射頻線上的電平也因為這個測量而升高了，由此獲得了一個更高的信噪比。衰減器之后的輸入信號通過二極管進行保護。

射頻信號電平值是以此方式來決定的，就是比較器允許的輸入電平在m=1時正好被獲得；而在載波模式下兩個輸入信號有著相同的值。

對屏極信號的比較器擁有一個可調偏移補償以為了在盡可能寬的屏壓范圍上獲得完整的檢測。在調幅度升高至90%以上后可獲得無干擾的測量，因此問題可能僅是在調制谷底才會遇到。

輸出是和隨后的檢測電路（ECL電平）相匹配的。

（2）鑒相器

數字鑒相器以兩個觸發(fā)器工作，這兩個觸發(fā)器都是依靠時鐘輸入從數字化射頻信號來設置的。輸出連接到一個EX-OR門，同時還設置了返回觸發(fā)器。為了確保關于相位信息信號的電路的明確性，依靠Ug信號的負邊沿，觸發(fā)器附加了復位功能。延遲是通過3個串聯(lián)門電路和一個RC電路實現(xiàn)的，而兩個復位的連接是通過一條線或電路來獲得的。

（3）鑒相電路

鑒相器的兩個數字輸出信號依靠RC低通濾波器（fg<72kHz）送至一個模擬減法器電路，與此同時，它們在那里被放大了10倍。在輸出端一個與相位調制成比例的音頻信號和絕對相位信息（直流）是有效的。這個信號在隨后一級中再次被濾波（fg<3.4Hz），然后被放大至40mV/deg。

4　結束語

DF500A型短波廣播發(fā)射機的射頻末級是發(fā)射機的核心單元，深入分析和研究其運行工作機制和原理是調試發(fā)射機運行指標的關鍵，掌握發(fā)射機射頻末級的調試技術和分析方法可以有效提升發(fā)射機運行的穩(wěn)定程度，具有很強實際應用推廣價值和意義。

圖5　不同調諧狀態(tài)下的矢量圖

圖6　取樣電路

Analysis and Research of RF Final Driver of DF500A broadcast transmitter

Wang Tieying
（State administration of press，publication，radio，film and television 2024 Radio station，Jiamusi，154025）

Abstract：Type DF500A shortwave transmitter RF final driver is the core of the transmitter of RF circuit design,it is the basis and key to stable operation of the transmitter.To help promote in-depth research and analysis the operation mechanism and principle of maintenance and management level,enhance the ability of control the safe transmission launch work.

Keywords：transmitter;RF final Driver;Neutralization circuit;Phase discriminator circuit