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        全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)功率合成與失配分析

        2018-09-06 10:34:38儲(chǔ)德寅
        山西電子技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:初級(jí)線圈場(chǎng)效應(yīng)管輸出功率

        儲(chǔ)德寅,周 宏

        (1.商洛廣播電視臺(tái),陜西 商洛 726000;2.鎮(zhèn)安縣永樂廣播電視服務(wù)站,陜西 商洛 711500)

        隨著大功率場(chǎng)效應(yīng)管技術(shù)的不斷發(fā)展,廣播電視傳輸發(fā)射領(lǐng)域已經(jīng)快速淘汰了電子管發(fā)射機(jī),全固態(tài)發(fā)射機(jī)在中短波、調(diào)頻、電視發(fā)射機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用,普遍采用功率合成的方法將多個(gè)功率放大模塊的輸出功率合成到額定功率。若一個(gè)或多個(gè)功放出現(xiàn)故障,就會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)輸出功率大為降低,影響廣播電視節(jié)目覆蓋效果。為了更好地研究發(fā)射機(jī)功率合成方法及對(duì)輸出功率的研究,本文以哈爾濱廣播器材有限公司生產(chǎn)的10 kW DX中波廣播發(fā)射機(jī)為例,分析多級(jí)放大器功率合成方式和不同調(diào)制下發(fā)射機(jī)輸出功率情況。

        1 功率合成原理及分析

        哈廣的10 kW中波廣播發(fā)射機(jī)采用A/D轉(zhuǎn)換將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為12 bit音頻數(shù)字流,經(jīng)調(diào)制編碼輸出控制48個(gè)功放的打開與關(guān)閉[1],在功率合成器上合成含音頻包絡(luò)的載頻輸出功率,通過匹配網(wǎng)絡(luò)送到發(fā)射天線。高6位數(shù)據(jù)控制的42個(gè)大臺(tái)階功放和低6位數(shù)據(jù)控制的6個(gè)二進(jìn)制小臺(tái)階功放的輸出變壓器初級(jí),套在次級(jí)等效為圈數(shù)1匝的功率合成銅棒上,輸出變壓器初次級(jí)匝比為18∶1。功率合成示意圖如圖1所示。

        圖1 功率合成示意圖

        2 功放缺損與輸出功率的關(guān)系

        2.1 短路缺損

        當(dāng)某功放的功放管擊穿時(shí),不再產(chǎn)生載頻電壓,無故障功放輸出的載頻電壓振幅不變,功放輸出變壓器次級(jí)功率合成器上的疊加電壓為:UL=(N-n)·U1/K。式中,N是打開的功放數(shù),n是損壞功放數(shù),U1是每個(gè)打開功放輸出變壓器初級(jí)線圈上的載頻基波電壓有效值,K是變壓器初級(jí)匝數(shù)。

        次級(jí)輸出合成功率:

        (1)

        功放短路缺損時(shí),還會(huì)引起功放輸出變壓器初次級(jí)阻抗的變化。當(dāng)n個(gè)功放短路缺損時(shí),每個(gè)打開功放輸出變壓器次級(jí)的阻抗由RL/N變?yōu)镽L/(N-n),初級(jí)阻抗為R0·N/(N-n)(R0是沒缺損時(shí)的功放輸出阻抗)。

        (2)

        由式(2)可見:出現(xiàn)短路缺損時(shí),每個(gè)功放的初級(jí)阻抗升高為R0·N/(N-n),次級(jí)阻抗升高為RL·N/(N-n),阻抗升高使每個(gè)功放輸出的合成功率減小。

        2.2 開路缺損

        當(dāng)功放出現(xiàn)開路缺損時(shí),初級(jí)回路斷開,使次級(jí)串聯(lián)功率合成器的等效阻抗為無窮大,沒有電流輸出,發(fā)射機(jī)輸出功率為零。功放在初級(jí)開路缺損瞬間,次級(jí)流過的電流(其他打開功放的電流)在開路的初級(jí)線圈上產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓,將擊壞該功放初級(jí)線圈的磁芯和場(chǎng)效應(yīng)管,還會(huì)造成相鄰功放的損壞,在工作中應(yīng)避免。該機(jī)在48個(gè)功放中都設(shè)置了功放連鎖電路,不允許在工作時(shí)拔出任何一個(gè)功放單元。當(dāng)功放的場(chǎng)效應(yīng)管擊穿損壞時(shí),不能取下?lián)p壞的場(chǎng)效應(yīng)管。

        3 簡捷計(jì)算公式

        3.1 計(jì)算打開大臺(tái)階功放的輸出電阻R0和輸出功率:

        R0=RL·K2/N.

        (3)

        式(3)中:K為匝比,N為開通功放數(shù),RL為合成銅棒次級(jí)電阻(4 Ω左右)。

        假若打開18個(gè)大臺(tái)階功放,每個(gè)大臺(tái)階功放的輸出電阻R0=4 Ω×182(匝比)/18(個(gè)功放)=72 Ω

        在次級(jí)銅棒上合成載頻功率為(11.5 V×18個(gè)大臺(tái)階)2/4 Ω=10.7 kW,或595 W×18,功率合成器上功率為10 kW是忽略了功放和功率合成器的損耗,實(shí)際上是略大于10 kW。不同的發(fā)射頻率損耗不一樣,略有差別,經(jīng)帶通濾波輸出的載頻功率是10 kW。

        3.2 調(diào)制度m為不同值時(shí)導(dǎo)通功放的計(jì)算

        根據(jù)載頻功率10 kW時(shí)打開18個(gè)大臺(tái)階功放,計(jì)算最大調(diào)制度

        mmax=(Nmax-18)/18=(42.98-18)/18≈1.39.

        (4)

        當(dāng)最大調(diào)制度mmax=1.39時(shí),功率合成器輸出最大峰值功率61 kW,打開大臺(tái)階功放42+1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64=42.98個(gè),計(jì)算調(diào)制度m為任何值時(shí)打開的大臺(tái)階功放數(shù)。

        Pmax=(1+mma)2·P載=

        (1+1.39)2×10.7 kpW=61 kW.

        (5)

        (6)

        (7)

        若調(diào)制度mmax=0.5時(shí),功率合成器輸出載頻和調(diào)幅功率24 kW,(按功率合成器輸出載頻功率10.7 kW計(jì)算),打開大臺(tái)階功放27個(gè)。

        根據(jù)以上公式計(jì)算不同m值時(shí)導(dǎo)通功放數(shù)見表1。

        表1 不同m值時(shí)導(dǎo)通功放數(shù)

        若用前述方法計(jì)算打開1個(gè)大臺(tái)階功放時(shí),功率合成器輸出載頻功率33 W,隨著打開功放數(shù)的增加,疊加的電壓按打開功放個(gè)數(shù)同比增加,每個(gè)功放的輸出阻抗也隨著打開功放數(shù)的增加而同比下降,每個(gè)功放輸出的電流也同比增加,打開功放數(shù)的平方與33 W的乘積就是實(shí)際的輸出功率,這樣計(jì)算更簡單。如打開2個(gè)大臺(tái)階功放時(shí),輸出功率是22×33 W=132 W;打開5個(gè)大臺(tái)階功放時(shí),輸出功率是52×33 W=825 W;打開42.98個(gè)大臺(tái)階功放時(shí),輸出功率是61 kW。

        4 結(jié)論

        通過對(duì)發(fā)射機(jī)功率合成與失配的調(diào)制度和輸出功率分析,得到計(jì)算簡便公式,很容易計(jì)算出任何載頻功率和不同調(diào)制度時(shí)打開的功放個(gè)數(shù),或打開不同的功放數(shù)時(shí)輸出的載頻功率和調(diào)制音頻包絡(luò)功率,便于分析和檢修故障。采用降低功率判斷功放是否工作的方法很容易計(jì)算出任何一個(gè)故障功放,而且十分簡單、便捷。

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