宋曉紅（國(guó)家新聞出版廣電總局二〇二四臺(tái)，佳木斯，154025）

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DF500A型發(fā)射機(jī)射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)分析與研究

宋曉紅
（國(guó)家新聞出版廣電總局二〇二四臺(tái)，佳木斯，154025）

摘要：DF500A型短波發(fā)射機(jī)射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)是發(fā)射機(jī)的核心部件，是發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行才基礎(chǔ)保障。深入研究分析其運(yùn)行機(jī)制和原理有助于技術(shù)人員的日常維護(hù)與管理，提升安全傳輸發(fā)射保障能力。

關(guān)鍵詞：發(fā)射機(jī)；驅(qū)動(dòng)級(jí)；柵地電路；定向耦合

0　引言

國(guó)產(chǎn)DF500A型500KW PSM調(diào)制短波廣播發(fā)射機(jī)射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)是發(fā)射機(jī)射頻電路的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理決定著發(fā)射機(jī)是否能穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)主要由頻率合成器、自動(dòng)增益控制、射頻寬放、射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)輸入網(wǎng)絡(luò)、射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)和射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)輸出網(wǎng)絡(luò)等部分組成。

1　射頻預(yù)驅(qū)動(dòng)級(jí)

射頻預(yù)驅(qū)動(dòng)級(jí)包括頻率合成器A212、自動(dòng)增益控制放大器A213和射頻寬帶放大器A215等。其中，頻率合成器是射頻激勵(lì)信號(hào)的信號(hào)源。

1.1 自動(dòng)增益控制放大器

射頻自動(dòng)增益控制放大器監(jiān)控著PA柵流和高前級(jí)陰流：一個(gè)來自PA柵極電路，是與PA柵流成正比的直流電壓；另一個(gè)來自驅(qū)動(dòng)器IPA陰極電路，是與驅(qū)動(dòng)極陰流成正比的直流電壓；通過射頻增益控制放大器內(nèi)部光電耦合器將外部干擾信號(hào)隔離，控制射頻放大電路中的PIN二極管的直流偏置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)由頻率合成器輸出的射頻電平。

這個(gè)器件的正常工作狀態(tài)是限制PA柵流，通過改變射頻增益控制器內(nèi)射頻放大電路中的PIN二極管的直流偏置實(shí)現(xiàn)其對(duì)射頻電平的控制以維持準(zhǔn)確電流。

若高前級(jí)陰極回路調(diào)諧不當(dāng)，可能有極小柵流甚至沒有柵流，但高前級(jí)陰極電流將很大，這種情況就是另一種失諧的工作狀態(tài)。射頻增益控制放大器就是將射頻激勵(lì)電平維持在高前級(jí)陰極電流的安全值范圍內(nèi)，這樣，只要高前級(jí)陰極電流不過大，PA的柵流就準(zhǔn)確。

圖1　射頻寬放框圖

1.2 射頻寬帶放大器

寬帶放大器采用MOTOROLA MRF151G場(chǎng)效應(yīng)對(duì)管作為核心放大器件，寬放具有過壓、過流、過溫、入反射功率越限保護(hù)功能，并可以在液晶屏上顯示其工作狀態(tài)。

寬帶放大器是一個(gè)固態(tài)線性功率放大器，寬帶放大器作為前置放大器，其最大輸出功率為500W，作為射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)的激勵(lì)信號(hào)，110V/220V AC通過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為48VDC為功率模塊供電。由穩(wěn)壓器產(chǎn)生15V電壓為驅(qū)動(dòng)模塊控制系統(tǒng)供電。射頻信號(hào)在驅(qū)動(dòng)級(jí)得到45dB的增益后，通過一個(gè)功率分配器送給兩個(gè)相位差為180°的300W功率模塊進(jìn)行功率放大。兩個(gè)功率模塊送出的信號(hào)經(jīng)功率合成，通過駐波比監(jiān)測(cè)器，最后輸出額定500W的射頻功率。

兩只300W功率模塊有溫度監(jiān)控，如果溫度過限，會(huì)自動(dòng)降低輸出功率。如果寬放輸出端的反射功率（負(fù)載的VSWR）超過預(yù)設(shè)值，也會(huì)降低功率輸出。兩種監(jiān)控功能都用于保護(hù)寬放，如果系統(tǒng)過載時(shí)，寬放將降功率運(yùn)行。射頻寬放框圖見圖1。

頻率合成器輸入的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過射頻增益控制，通過射頻寬放放大，為驅(qū)動(dòng)級(jí)提供500W射頻激勵(lì)信號(hào)。

1.3 定向耦合器

定向耦合器A261是一個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò)，其原理如圖2，端口C為輸入端，端口A為直通輸出端，端口D為耦合輸出端，端口B為隔離端。在發(fā)射機(jī)中，寬帶放大器輸出信號(hào)送到定向耦合器輸出端C，定向耦合器輸出A端接入射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)輸入網(wǎng)絡(luò)，端口B接入到濾波器A271用于驅(qū)動(dòng)級(jí)輸入檢測(cè)，端口D接50Ω標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載。定向耦合器是一個(gè)無(wú)源元件，因此不要求有供電。

圖2　定向耦合器

2　射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)

射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)為射頻末級(jí)電子管提供激勵(lì)功率。它包含驅(qū)動(dòng)級(jí)電子管和它的輸入網(wǎng)絡(luò)。

射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)設(shè)計(jì)為一個(gè)包含所有元件的緊湊單元，它直接位于射頻末級(jí)的下面。輸入電路被安排在驅(qū)動(dòng)級(jí)基板下面。這個(gè)電路是一個(gè)并聯(lián)諧振電路，它的電容和電感可由同一個(gè)馬達(dá)調(diào)節(jié)。其燈絲變壓器也位于此。屏極電源的連接和耦合電容（瓷片電容）都是裝在基板上面。用于驅(qū)動(dòng)級(jí)自動(dòng)細(xì)調(diào)的射頻探測(cè)器完全集中在此單元。

射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)采用超蒸冷三級(jí)電子管CTK12-1，采用柵地線路連接方式，工作在無(wú)柵流狀態(tài)，具有較高的功率放大倍數(shù)。圖3為射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)的簡(jiǎn)圖。

驅(qū)動(dòng)級(jí)工作在甲乙類，輸出功率為3～4kW，陽(yáng)極阻抗在陽(yáng)極電壓5kV時(shí)為2kΩ， L102/C102并聯(lián)諧振輸入網(wǎng)絡(luò)在寬放和射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)之間提供功率匹配。L102/C102同步驅(qū)動(dòng)，僅需要粗調(diào)，位置由控制系統(tǒng)決定。

圖3　射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)簡(jiǎn)圖

2.1 屏極供電線路

供電通路：BUS→CB61→KM61→T31→A31→射頻濾波網(wǎng)絡(luò)→屏極VaV1。

屏極供電由A31整流電源提供，經(jīng)屏極射頻濾波網(wǎng)絡(luò)（L132，C132，R132，C131等組成）后送到電子管屏級(jí)。整流器輸入端經(jīng)過電源變壓器T31連接到發(fā)射機(jī)配電機(jī)箱內(nèi)的380VAC電源上，整流器的輸出電壓通過濾波電感L31（1H/2.5A）和濾波電容C32a–C32d（4×5u，共20u）濾波后輸出屏極所需的直流電壓5kV。

C263（5×22pF）與A263（前級(jí)相位取樣板）組成電容分壓網(wǎng)絡(luò)，將驅(qū)動(dòng)級(jí)屏極射頻電壓分壓取樣，提供給鑒相器1（驅(qū)動(dòng)級(jí)）和鑒相器2（射頻末級(jí)）使用。C130（1000pF）則是輸出隔直耦合電容。

2.2 燈絲供電線路

供電通路：BUSB→CB20→KM21→T216（燈絲調(diào)壓器）→CB22→T101→供給前級(jí)燈絲。

電子管CTK-12-1采用交流燈絲供電，由變壓器T101供給，變壓器T101的初級(jí)供電由燈絲調(diào)壓器T21提供，同時(shí)還為射頻末級(jí)電子管TH576的燈絲供電；燈絲電壓是線性緩慢地升降，防止電子管陰極瞬態(tài)加載帶來的機(jī)械應(yīng)力而損壞。

由于驅(qū)動(dòng)級(jí)是柵地線路結(jié)構(gòu)，射頻信號(hào)從陰極輸入，所以燈絲變壓器采用了一個(gè)特別繞制的變壓器T101，它有著很強(qiáng)的射頻退耦性能，再配合退耦電容E101和E102（2×0.01u，350V－/220V）的作用，可以有效的保護(hù)電源不受射頻干擾。

R101（10歐姆/20瓦）和RS5用于給燈絲變壓器T101次級(jí)提供一個(gè)直流和低頻電流中心點(diǎn)，減少燈絲引起的噪音。

C100（15N，750V）是驅(qū)動(dòng)級(jí)輸入隔直耦合電容。

燈絲電源是通過控制系統(tǒng)發(fā)出“燈絲（黑燈絲或紅燈絲）”指令來開啟的。驅(qū)動(dòng)級(jí)燈絲電壓可隨時(shí)顯示在控制監(jiān)視屏上。

2.3 柵地線路分析

柵地線路見圖4，由于柵極接地，所以起到了輸入回路與輸

圖4　柵地線路

出回路之間的屏蔽作用；并且輸入和輸出之間的耦合電容只有Cak，Cak又較Cag小好多倍，因此，共柵極電路的直通和反作用比共陰極電路小得多，基本上消除了直通和反作用；在這種情況下，共柵極電路可以不用中和就能在短波段內(nèi)穩(wěn)定地工作。

輸入阻抗小，且恒定（優(yōu)點(diǎn)）輸入阻抗很小，有利于本級(jí)穩(wěn)定。需要激勵(lì)功率大，所以放大器的功率放大系數(shù)變得較小，通常約為4～7倍。

板極電路負(fù)載阻抗上的高頻電壓Uk是高頻板極電壓Ua與激勵(lì)電壓Ug之和，即Uk=Ua+Ug

（1）負(fù)載上得到的高頻有效功率P～

P～ = 1/2 Ia1Uk = 1/2 Ia1Ua + 1/2 Ia1Ug = P1 + △P1

其中：

P1 = 1/2 Ia1Ua是電子管板極輸出的高頻功率；

△P1 =1/2 Ia1Ug是從前級(jí)直接送到負(fù)載中的高頻功率。

通常P～比P1大10%-15%，所以共柵電路的輸出功率可能大于本級(jí)電子管的額定功率。接在電子管板極與柵極之間的負(fù)載阻抗：Roe = Uk/Ia1 = （Ua+Ug）/Ia1也大于共陰極電路要求的負(fù)載阻抗。

（2）共柵極電路所要求的激勵(lì)功率

P入=1/2 Ie1Ug = 1/2 Ig1Ug + 1/2 Ia1Ug = 1/2 Ig1Ug + △P1

其中1/2 Ig1Ug是供給柵極電路的功率，與共陰電路一樣，但是另外一部分功率△P1則是共陰電路中沒有的，這是激勵(lì)直接送到輸出回路的功率。

因此，共柵極電路的激勵(lì)功率要比共陰極電路大得多。在臨界工作情況下

Ig1≈0.15Ia1

(Ia1 + Ig1) / Ig1≈8

所以共柵極線路的輸入功率是共陰極線路輸入功率的約8倍。

3　結(jié)束語(yǔ)

DF500A型短波發(fā)射機(jī)的射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)是發(fā)射機(jī)的核心部件，是發(fā)射機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，深入分析和研究其運(yùn)行工作機(jī)制和原理意義重大，同時(shí)，也是提升安全傳輸發(fā)射保障能力的有力保障。

Analysis and Research of RF Driver of DF500A broadcast transmitter

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

Abstract：Type DF500A shortwave transmitter rf driver stage is the core parts of the transmitter and stable and reliable operation of infrastructure assurance. In-depth research and analysis the operation mechanism and principle is helpful to the daily maintenance and management of technical personnel, improve safety transmission launch support capability.

Keywords：transmitter; Driver stage; Gate circuit; Directional coupling