王錦章

（海裝駐北京地區(qū)第八軍代室 北京市 100015）

1 概述

1.1 主要指標(biāo)

1500W固態(tài)發(fā)射機(jī)工作時(shí)，射頻信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生并送到前級(jí)放大器，經(jīng)前級(jí)放大器放大到40W，再送到功率放大器將功率放大到1500W，經(jīng)阻抗匹配器阻抗匹配接吸收負(fù)載或天線。根據(jù)發(fā)射機(jī)整機(jī)方案，確定主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）承載功率：≥1500W；

（2）頻率范圍：低頻；

（3）輸出功率連續(xù)可調(diào)并可設(shè)定輸出功率；

（4）信號(hào)輸入：正弦波，50Ω，Vp-p：0 ～2V 可調(diào)，無(wú)直流偏置；

（5）具備開(kāi)路、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫報(bào)警功能和自動(dòng)保護(hù)功能；

（6）供電：220V±10%，50Hz；

（7）匹配阻抗：10Ω；

（8）冷卻方式：風(fēng)冷。

1.2 發(fā)射機(jī)組成

1500W固態(tài)發(fā)射機(jī)由前級(jí)放大器、功率放大器、阻抗匹配器、控制與保護(hù)裝置、測(cè)量裝置、供電單元、機(jī)柜、吸收負(fù)載組成。

2 整機(jī)原理

2.1 電路原理

1500W固態(tài)發(fā)射機(jī)工作時(shí)，射頻信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生并送到前級(jí)放大器，經(jīng)前級(jí)放大器放大到40W，再送到功率放大器通過(guò)調(diào)整供電電源將整機(jī)功率放大到1500W，經(jīng)阻抗匹配器阻抗變換后通過(guò)天線發(fā)送出去。其原理框圖如圖1所示。

3 主要器件設(shè)計(jì)

3.1 前級(jí)放大器

前級(jí)放大器位于功率放大器前端，產(chǎn)生40W 射頻信號(hào)，其由兩級(jí)放大電路組成，兩級(jí)電路均采用推挽式放大電路進(jìn)行放大，第一級(jí)采用大功率三極管進(jìn)行放大，輸出功率為約5W，第二級(jí)采用MOS-FET 場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行放大，輸出功率為40W，兩級(jí)放大器采用變壓器隔離級(jí)聯(lián)，滿足功率放大器前端信號(hào)要求。

功率型器件均考慮了散熱，安裝于散熱器上，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，前級(jí)放大器采用屏蔽式結(jié)構(gòu)。

3.2 功率放大器

3.2.1 功率放大器器件的選擇

功率放大器選擇MOSFET 場(chǎng)效應(yīng)管，其優(yōu)點(diǎn)是：輸入阻抗高、增益高、功率放大能力強(qiáng)。本放大器選用器件為：APT5010JVFR，額定耐壓500V，額定電流48A，實(shí)際功率達(dá)到1500W，功放管電壓≤230V，電流≤20A，留有足夠的功率提升空間，同時(shí)增強(qiáng)功率放大器的工作可靠性。

3.2.2 功率放大器設(shè)計(jì)

功率放大器電路選擇H 橋型電路，直流電源選用230V，輸出功率為1500W。功率放大器原理圖如圖2所示。

圖2：功率放大器原理圖

A、B、C、D 是QA、QB、QC、QD 的柵極激驅(qū)動(dòng)信號(hào)，采用變壓器隔離驅(qū)動(dòng)方式，VO 是功放橋的輸出信號(hào)。

圖中的QA、QB、QC、QD 為MOSFET 管，C 為隔直電容，T為輸出變壓器。

驅(qū)動(dòng)電路采用變壓器驅(qū)動(dòng)方式，分別安裝于功放管的兩端，用于驅(qū)動(dòng)功放管正常工作。

指示電路安裝于前面板，具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱的顯示，過(guò)流恢復(fù)按鍵。功率放大器發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象，排除相應(yīng)的問(wèn)題之后，再次工作，需要按下過(guò)流恢復(fù)按鍵，功率放大器正常工作。

3.2.3 功率放大器保護(hù)單元

3.2.3.1 過(guò)溫保護(hù)

功率放大器溫度超過(guò)90°，溫度繼電器工作，傳送信號(hào)給控制，控制會(huì)下高壓，以保護(hù)功率放大器過(guò)溫

3.2.3.2 過(guò)流保護(hù)

（1）一旦電路中電流超過(guò)25A，保險(xiǎn)絲斷路，功放保護(hù)，相應(yīng)指示燈前面板具有顯示。

（2）保護(hù)、安全裝置通過(guò)取樣輸出電路電流，一旦功率放大器MOSFET 管過(guò)流，可以自動(dòng)切斷功率放大器MOSFET 管的柵極輸入信號(hào)，可靠保護(hù)功率放大器MOSFET 管。

3.2.3.3 過(guò)流恢復(fù)

功率放大器發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象，排除相應(yīng)的問(wèn)題之后，再次工作，需要按下過(guò)流恢復(fù)按鍵，功率放大器正常工作。

3.2.3.4 功率放大器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

功率放大器單元盒體前、后端面根據(jù)散熱量需求，開(kāi)有對(duì)應(yīng)的通風(fēng)孔；后面板裝有風(fēng)機(jī)，對(duì)功率放大器進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷，保證設(shè)備在規(guī)定的環(huán)境溫度中正常工作；對(duì)外接口采用航空插頭及射頻插頭。

3.3 阻抗匹配器設(shè)計(jì)

阻抗匹配器主要用于將功率放大器的輸出阻抗與吸收負(fù)載或天線阻抗相匹配，安裝于功率放大器插箱內(nèi)部。功率放大器輸出直接進(jìn)入阻抗匹配器的初級(jí)，次級(jí)接同軸饋線，饋線末端接吸收負(fù)載或天線體，阻抗匹配器的磁環(huán)采用鐵氧體材料， 通過(guò)初次級(jí)的匝數(shù)比實(shí)現(xiàn)阻抗的變換。

3.4 控制與保護(hù)設(shè)計(jì)

3.4.1 主要控制功能

1500W 發(fā)射機(jī)控制單元主要負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)與各單元的控制保護(hù)、對(duì)關(guān)鍵狀態(tài)予以顯示；并對(duì)其他各功能單元下發(fā)的控制命令。其具體功能如下：

（1）保證發(fā)射機(jī)各種供電電源按設(shè)定程序開(kāi)啟和關(guān)閉，及對(duì)各供電電源工作狀態(tài)的顯示；

（2）實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)工作進(jìn)程的顯示及功率放大單元的狀態(tài)顯示；

（3）實(shí)現(xiàn)功率、頻率的選擇；

（4）實(shí)現(xiàn)輸出功率連續(xù)可調(diào)；

（5）測(cè)量數(shù)據(jù)電表顯示；

（6）具有故障、誤操作等告警及提示；

（7）具備開(kāi)路、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫報(bào)警功能和自動(dòng)保護(hù)功能；

（8）提供遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接口3.4.2 控制與保護(hù)設(shè)備配置

結(jié)合使用需求，1500W固態(tài)發(fā)射機(jī)的控制與保護(hù)設(shè)備配置如圖3所示。

圖3：1500W固態(tài)發(fā)射機(jī)控制與保護(hù)設(shè)備配置圖

控制與保護(hù)主要設(shè)備組成包括：

（1）S7-1200 控制器；

（2）通訊模塊、信號(hào)模塊（模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出）、功能模塊；

（3）操控顯示屏；

CPU 與操控顯示屏通過(guò)PROFIBUS 或PROFINET 總線通信，實(shí)現(xiàn)所有的控制功能。

觸摸屏操作安全且符合人體工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，明亮的顯示器實(shí)現(xiàn)了最佳可讀性。

所配置的控制系統(tǒng)具有完善自診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的各種診斷程序也啟動(dòng)并運(yùn)行。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可以診斷到，將診斷信息自動(dòng)存入CPU 診斷緩沖區(qū)，同時(shí)在操作站上顯示診斷信息。

3.4.3 控制與保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)

1500W固態(tài)發(fā)射機(jī)控制單元信息涵蓋全面，且操作界面直觀，能保證使用者在很好的了解發(fā)射機(jī)狀態(tài)的同時(shí)，更可靠的對(duì)設(shè)備進(jìn)行使用和維護(hù)。

按其功能可分為以下幾個(gè)部分：

3.4.3.1 控制功能

可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)開(kāi)關(guān)機(jī)的邏輯過(guò)程，主要控制包括開(kāi)關(guān)冷卻、開(kāi)關(guān)低壓、天線/負(fù)載工作切換、開(kāi)關(guān)高壓等，主要顯示信號(hào)包括冷卻正常、低壓正常、高壓正常等信號(hào)，與其他模塊配合對(duì)發(fā)射機(jī)整個(gè)工作進(jìn)程全程監(jiān)控。

3.4.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能包括監(jiān)測(cè)和顯示兩部分，均為實(shí)時(shí)更新，由控制保護(hù)軟件進(jìn)行采集，傳輸?shù)饺藱C(jī)界面進(jìn)行顯示。

3.4.3.3 保護(hù)功能

對(duì)各種過(guò)荷信號(hào)和故障信號(hào)進(jìn)行處理，并參與邏輯處理，主要顯示信號(hào)包括各種冷卻信號(hào)、過(guò)荷指示信號(hào)等。

3.4.3.4 通信功能

控制器裝有以太網(wǎng)模塊，通過(guò)以太網(wǎng)接口與操控顯示屏連接，接收人機(jī)界面操作指令，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給各控制器，控制器傳來(lái)的采集信息反饋給工控機(jī)。

3.5 供電單元設(shè)計(jì)

供電單元采用單個(gè)插箱，安裝于整機(jī)機(jī)柜底部，具有本控和遙控功能，包括260V/25A 直流電源，80V/2A 直流電源，24V/10A 直流電源、±12V/3A 直流電源，滿足整個(gè)發(fā)射機(jī)的用電需求。

3.6 吸收負(fù)載

吸收負(fù)載用于吸收發(fā)射機(jī)輸出功率，代替天線供發(fā)射機(jī)調(diào)試、維修使用。吸收負(fù)載額定功率3kW，電阻值選定為10Ω，留有余量，通過(guò)串并聯(lián)達(dá)到5Ω ～20Ω 冷卻方式采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，供電采用交流220V/50Hz。

3.7 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)柜采用骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，骨架采用了鋁合金型材，緊密結(jié)合而成。機(jī)柜主體外觀使用螺釘鎖合，整體外觀無(wú)螺釘，增加其機(jī)柜美觀效果。骨架主體、橫梁、均為封閉式的圓管型材。

機(jī)柜側(cè)板開(kāi) 有通風(fēng)孔，增加散熱進(jìn)風(fēng)量。

所有設(shè)備采用插件結(jié)構(gòu)，插件由前面板、盒體、蓋板、面板固定螺釘組成。插件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，其生產(chǎn)加工性能好。

所有結(jié)構(gòu)件的防護(hù)處理除面板表噴塑外，其余均采用不導(dǎo)電處理，鍍電鍍鉻酸鹽防護(hù)，保證了插件的屏蔽性能。

4 調(diào)試測(cè)試

發(fā)射機(jī)的測(cè)試工作接吸收負(fù)載進(jìn)行，測(cè)試原理框圖見(jiàn)圖4。1500W固態(tài)發(fā)射機(jī)在整機(jī)全頻段、滿功率調(diào)試試驗(yàn)時(shí)，功率放大器部分區(qū)域存在溫度高現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻通道不合適，調(diào)整風(fēng)扇位置滿足了冷卻要求，達(dá)到全頻段滿功率輸出目標(biāo)。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、測(cè)試，各種檢驗(yàn)指標(biāo)滿足要求。