唐貴斌

內(nèi)蒙古自治區(qū)新聞出版廣電局海拉爾548臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾市021008

短波的主要傳播途徑是天波，載波頻率在2.3-26.1MHz頻段（HF）的廣播，稱為短波廣播（SW）。電離層最高可反射40MHz的頻率，最低可反射1.5MHz的頻率。由北京北廣科技公司生產(chǎn)的10kW全固態(tài)短波發(fā)射機(jī)充分利用了現(xiàn)階段廣播設(shè)備新技術(shù)，主要用于AM廣播覆蓋。如圖一，10kW短波發(fā)射機(jī)方框圖，它的組成主要由1個(gè)激勵(lì)器、1個(gè)前置放大器、16個(gè)750W功率放大器、5個(gè)四分配器、5個(gè)四合成器、1個(gè)濾波器、4個(gè)開關(guān)電源和1個(gè)控制單元組成。

10kW全固態(tài)短波發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)采用3個(gè)19＂標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，單個(gè)機(jī)柜尺寸為606mm×1840mm×900mm（寬×高×深）。

每個(gè)機(jī)柜內(nèi)功放單元插件全部標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可互換；每個(gè)功放單元內(nèi)采用4只AMPLEON公 司LDMOS器 件BLF189XR，器件自身具有優(yōu)越的抗高駐波比性能，可承受高駐波，抗毀性能更強(qiáng)，該設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)化、維修性、散熱、報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)等方面進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 10kW短波發(fā)射機(jī)整體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

10kW短波發(fā)射機(jī)主要由1個(gè)激勵(lì)器、1個(gè)前級(jí)功放、16個(gè)750W功率放大器、5個(gè)四分配器、5個(gè)四合成器、1個(gè)濾波器、4個(gè)開關(guān)電源和1個(gè)控制單元組成。

每個(gè)750W功率放大器包括1個(gè)4分配器、4個(gè)200W功率模塊、1個(gè)合成器、1個(gè)定向耦合器和1個(gè)控制監(jiān)測(cè)單元組成。

根據(jù)試驗(yàn)單個(gè)BLF189XR功率模塊在滿足＜3%失真的條件載波功率50W，由此計(jì)算，BLF189XR模塊增益為23dB，10kW功率（70dBm）所需推動(dòng)功率為：70-23=47dB。所以前置放大器功率為50W，根據(jù)激勵(lì)器所能提供的輸出功率（15dBm）計(jì) 算：47-15=32dB，由此可得出前置放大器需用2級(jí)推動(dòng)，末級(jí)采用BLF189XR（益為23dB）前 級(jí) 采 用2只PHA-202+（增益為15dB），2級(jí)可實(shí)現(xiàn)38dB增益，滿足系統(tǒng)應(yīng)用。

1.2 工作原理

1.2.1 射頻鏈路

音頻信號(hào)通過激勵(lì)器調(diào)制輸出已調(diào)波射頻信號(hào)，輸入到前級(jí)功放，由前級(jí)功放完成放大，由第一級(jí)1/4功率分配器分成4路，分配后的信號(hào)再通過第二級(jí)1/4功率分配器分成四路送到對(duì)應(yīng)750W功率放大器單元，通過功放單元放大后，經(jīng)過第一級(jí)4/1功率合成器合成為1路，輸出功率2.8kW，再通過第二級(jí)4/1功率合成器合成為1路，輸出大于11kW功率到濾波器，濾波后的功率經(jīng)定向耦合器輸出10kW功率。定向耦合器對(duì)射頻輸出進(jìn)行入射和反射功率檢測(cè)，并將檢測(cè)到的信號(hào)輸出至控制監(jiān)測(cè)單元。

圖1 10kW短波發(fā)射機(jī)方框圖

1.2.2 供電鏈路

由外部送來的三相380V電源，經(jīng)配電單元進(jìn)電總開關(guān)后分成4路分別送給4個(gè)22kW開關(guān)電源，開關(guān)電源將三相380V輸入變換為直流48V，4個(gè)22kW開關(guān)電源輸出作為16個(gè)750W功率放大器單元的直流供電。開關(guān)電源采用冗余設(shè)計(jì)，有一個(gè)電源模塊損壞時(shí)不影響整機(jī)輸出。

1.2.3 控制鏈路

整機(jī)控制主要由控制監(jiān)測(cè)單元和主控計(jì)算機(jī)完成，在前級(jí)功放、末級(jí)功放均設(shè)計(jì)有輸入輸出射頻信號(hào)監(jiān)測(cè)及功放電流、電壓、溫度等取樣電路，在合成器及其輸出端設(shè)計(jì)有射頻信號(hào)監(jiān)測(cè)及溫度等取樣電路，這些參數(shù)通過CAN總線傳送至控制監(jiān)測(cè)單元，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)狀態(tài)各參數(shù)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)控制監(jiān)測(cè)單元傳送至主控計(jì)算機(jī)，由主控計(jì)算機(jī)在本地顯示屏上顯示整機(jī)工作狀態(tài)及各項(xiàng)參數(shù)。電源具有遙控開關(guān)功能，主控計(jì)算機(jī)接收各級(jí)聯(lián)鎖信號(hào)以及本地或遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的本地及遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)控制及信息交互。

1.2.4 冷卻系統(tǒng)

整機(jī)的功放及電源采用風(fēng)冷散熱方式。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)滿足性設(shè)計(jì)分析

2.1.1 頻率范圍

頻率范圍：3MHz-26.1MHz。從功放管參數(shù)來確定選型，電路設(shè)計(jì)，整機(jī)電磁兼容性等方面滿足3MHz-26.1MHz工作頻率的要求。在3MHz-26.1MHz頻段內(nèi)，主要有BLF188XR、BLF189XR、MRF1K50H和MRFX1K80H幾 種管型，經(jīng)過幾種管型的對(duì)比測(cè)試，從抗駐波能力，耐壓性能，一致性等綜合考慮選定BLF189XR，抗駐波比能力65:1，擊穿電壓達(dá)到了130V，滿足工作需求。

2.1.2 諧波抑制度

諧波抑制度≤-60dBc。短波10kW發(fā)射機(jī)采用低通濾波器降低諧波功率，提升諧波抑制比。

2.1.3 輸入接口

射頻輸入輸出接口設(shè)計(jì)中的各接口均按照50Ω設(shè)計(jì)，輸入接口采用N型頭設(shè)計(jì)。

2.1.4 輸出接口

同軸饋管，輸出3-1/8英寸。射頻輸出接口采用同軸饋管設(shè)計(jì)，滿足發(fā)射機(jī)輸出接口要求。

2.1.5 冷卻方式

采用風(fēng)冷形式設(shè)計(jì)。

2.1.6 控制保護(hù)要求

可以顯示各級(jí)功放工作狀態(tài)，顯示內(nèi)容包括電壓、電流、溫度，P入、P反等；控制保護(hù)信號(hào)、故障信號(hào)指示全部集中在前控制面板上。

2.1.7 操作與維護(hù)

控制保護(hù)系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，操作靈活方便；設(shè)計(jì)合理，維護(hù)方便，充分考慮了維護(hù)便利性的需要，滿足系統(tǒng)操作與維護(hù)的要求。

2.1.8 供電條件

供電系統(tǒng)適應(yīng)GB供電標(biāo)準(zhǔn)，采用適合標(biāo)準(zhǔn)的380Vac（三相五線制）設(shè)計(jì)，允許工作在供電標(biāo)稱電壓±10%，工作頻率適應(yīng)性：50Hz-60Hz波動(dòng)范圍。電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)，三相工作電流平衡，不會(huì)造成因?yàn)閱蜗嚯娫磁渲们闆r下的相間不平衡問題。

2.1.9 工作環(huán)境

器件選用工業(yè)級(jí)器件，散熱器件采用高效散熱措施，工作效率高，散熱條件好，整機(jī)耗散熱量交換以風(fēng)冷方式進(jìn)行，工作環(huán)境要求滿足室內(nèi)環(huán)境溫度0～+40℃的要求。

2.1.10 整機(jī)效率

整機(jī)效率≥30%。發(fā)射機(jī)工作在10kW效率計(jì)算如下：功放單元在工作功率時(shí)效率可達(dá)45%，合成損耗15%，電源模塊自身效率按94%預(yù)計(jì)，因此功放部分總效率為：45%×85%×94%=35.9%。

前級(jí)耗電300W，工控機(jī)耗電100W，采樣監(jiān)測(cè)電路總耗電約100W，其它100W，以上共計(jì)600W，相對(duì)于功放部分耗電4%，整機(jī)總效率可達(dá)31.9%以上。

功放單板工作效率優(yōu)于45%，整機(jī)合成系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低插入損耗，大功率合成器的插入損耗優(yōu)于0.4dB；功放單元的相位一致性好，各級(jí)合成器輸入端口相位一致性好，整機(jī)合成效率高。系統(tǒng)的供電電源采用高效電源設(shè)計(jì)方案。

2.2 750W功率放大器單元的功能簡介

750W功率放大器單元是最關(guān)鍵的部件，在3MHz-26.1MHz頻段內(nèi)，選用BLF189XR管型，抗駐波比能力65:1，擊穿電壓達(dá)到了130V。

750W功率放大器單元的關(guān)鍵點(diǎn)在于散熱，將功放場(chǎng)效應(yīng)管安裝到散熱器，散熱器利用熱管技術(shù)提高了散熱效率。

2.3 高效功率合成器和傳輸系統(tǒng)的功能簡介

在高頻大功率系統(tǒng)中，功率傳輸?shù)碾娎|線、定向耦合器、彎頭、饋管、插塞是極易被高頻燒毀的，需要嚴(yán)格控制原材料和加工環(huán)節(jié)。功率傳輸關(guān)鍵部件由北京北廣科技公司自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)，原材料均為國內(nèi)國際優(yōu)秀的原材料生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)中重點(diǎn)監(jiān)控，在以往的產(chǎn)品中經(jīng)過了大功率的傳輸?shù)目简?yàn)，沒有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 安全性設(shè)計(jì)

該短波發(fā)射機(jī)是射頻大功率用電設(shè)備，主要安全性風(fēng)險(xiǎn)體現(xiàn)在：設(shè)備單元重量較重，拆卸時(shí)易造成人員傷害；設(shè)備用電功率大，易發(fā)熱起火；設(shè)備發(fā)射功率大，接觸不良時(shí)易造成高頻打火；設(shè)備采用風(fēng)冷，風(fēng)機(jī)有壽命，注意檢查維修；設(shè)備內(nèi)有高于人體安全電壓的用電設(shè)備，易造成觸電。

具體安全性保護(hù)措施：設(shè)計(jì)過程中充分考慮各個(gè)部件的重量，并使其分布均勻，保證整機(jī)重心在下，放置穩(wěn)定。設(shè)備交流電源開關(guān)設(shè)置合理，標(biāo)識(shí)明確，即使發(fā)生誤動(dòng)作，也能確保設(shè)備和人員安全。供電電源線及開關(guān)等降額使用，并采用阻燃耐高溫優(yōu)質(zhì)電纜，避免起火；設(shè)備輸出饋線及大功率接觸部分緊固，接觸點(diǎn)為面接觸，避免高頻打火；設(shè)備內(nèi)高于人體安全電壓的接觸點(diǎn)進(jìn)行封閉設(shè)計(jì)，避免操作人員接觸，穿線孔處用膠皮包裹，避免磨損漏電，在規(guī)定的部位設(shè)有安全標(biāo)志，標(biāo)志字跡清晰、醒目、易于辨認(rèn)。設(shè)備內(nèi)設(shè)有安全地，保證可靠接地。設(shè)計(jì)充分考慮到安裝、操作和維修時(shí)對(duì)工作人員提供最大的方便和安全。設(shè)備工作時(shí)使操作人員不會(huì)觸及到可能運(yùn)動(dòng)的或存在危險(xiǎn)的部件。外電裸露端頭密封處理，減小與水接觸的幾率。機(jī)械部件使用的材料均采用非易燃材料制造，所用材料都具有足夠的剛度和強(qiáng)度，以確保設(shè)備安全。

10kW短波發(fā)射機(jī)安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，主要包含一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，接地和搭接等方面。

2.4.1 一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

（1）在人身安全方面，當(dāng)值班人員在操作設(shè)備時(shí)，不會(huì)接觸到安全電壓以外的帶電體，設(shè)計(jì)安全可靠；

（2）控制器安裝的部位十分合理，能夠避免值班人員誤操作而造成人員或正在運(yùn)行設(shè)備的損壞；

（3）明確了在安裝、或拆卸設(shè)備或者更換配套系統(tǒng)、或其它配件時(shí)，對(duì)電源操作的流程；

（4）該設(shè)備主電源的轉(zhuǎn)換電源開關(guān)安裝在方便操作的部位，并設(shè)有功能牌說明。電池開關(guān)的進(jìn)線端子和出線端子均設(shè)計(jì)有物理防護(hù)，以確保操作人員安全；

（5）所有電子元件，以及電路參數(shù)全部按極限參數(shù)設(shè)計(jì)；

（6）設(shè)備中的易熱器件均進(jìn)行散熱處理；

（7）在較熱的器件周圍未安裝對(duì)熱度敏感的電子器件；

（8）部分電子器件按照使用部位進(jìn)行降額設(shè)計(jì)；

（9）對(duì)電路進(jìn)行計(jì)算后，確定電子器件的參數(shù)漂移等影響；

（10）充分考濾對(duì)于波形的失真、功率因素不穩(wěn)壓帶來的不好影響；

（11）各個(gè)繼電器以及開關(guān)在運(yùn)行過程中不會(huì)在其它的電路或者設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)電源瞬變；

（12）設(shè)備內(nèi)的各個(gè)開關(guān)以及繼電器觸點(diǎn)在開閉過程中均設(shè)有滅弧措施；

（13）采取措施防止受金屬氧化的侵蝕，造成金屬表面出現(xiàn)紫斑等現(xiàn)象；

（14）對(duì)繼電器及螺管線圈、變壓整流器裝置、可控硅整流器開關(guān)等有效采取瞬態(tài)電弧抑制措施；

（15）對(duì)測(cè)試電路提供保護(hù)，以防止測(cè)試點(diǎn)外部接地而使設(shè)備故障；

（16）充分考慮到設(shè)有相似的插頭以及插座的部位，均明確標(biāo)出各插頭及插座的編號(hào)、標(biāo)識(shí)。

2.4.2 工作地和搭接

（1）充分考慮到連接地出現(xiàn)的故障和按高危部位明確標(biāo)識(shí)電壓的極限；

（2）當(dāng)線路中包括接地線時(shí)，所有內(nèi)、外部電纜的兩個(gè)端口必須連接接地線；

（3）各電纜不允許將外層的屏蔽網(wǎng)當(dāng)成載流的與地連接線，同軸線除外；

（4）用于具有導(dǎo)能力外殼的手提工具，以及插頭、插座應(yīng)設(shè)計(jì)成在使用過程中能使這些工具的外殼自動(dòng)接地；

（5）組件搭接或接地，以供靜電放電用。

3 故障及處理方法

3.1 故障一

故障現(xiàn)象：整機(jī)反射功率過大。

處理方法：檢查發(fā)射機(jī)定向耦合器輸出后的饋線、阻抗變換器或者天線是否有開路，短路，接觸不好等問題。

3.2 故障二

故障現(xiàn)象：整機(jī)有載波功率但收音機(jī)收不到節(jié)目。

處理方法：檢查前端音頻源是否將音頻信號(hào)輸送到激勵(lì)器的音頻輸入，如確定前端信號(hào)沒問題則判斷為激勵(lì)器故障。

3.3 故障三

故障現(xiàn)象：無載波功率輸出。

處理方法：檢查開關(guān)電源是否有直流48V輸出，如沒有需檢查電源輸入電壓，輸入電壓正常情況下可判斷電源故障。如48V正常，檢查射頻通路，中間放大器和激勵(lì)器。

3.4 故障四

故障現(xiàn)象：載波功率低

處理方法：檢查各放大器單元輸出是否正常，如發(fā)現(xiàn)有功率偏低的放大器，則查看該放大器的4路模塊電流，將沒有電流顯示的模塊更換掉。

10kW全固態(tài)短波發(fā)射機(jī)在整機(jī)設(shè)計(jì)上科學(xué)合理，各項(xiàng)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求，特別是該發(fā)射機(jī)在安全性設(shè)計(jì)方面考慮得非常全面具體，在常見故障方面，操作非常簡便，為發(fā)射機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了便利條件。