大功率短波發射機輸出網絡的分析

張榮軍

(國家新聞出版廣電總局五六四臺,北京 102434)

大功率短波發射機輸出網絡的分析

張榮軍

(國家新聞出版廣電總局五六四臺,北京 102434)

大功率短波發射機要求的輸出功率大,轉換效率高,高次諧波濾除干凈,所以對其輸出網絡的設計有較高的要求,TSW2500型500kw大功率短波發射機是一款設計合理,做工精良的大型發射機,他的輸出網絡使用3π級聯形式,我們用簡單的幾個L型網絡合理拆分化簡,便可分析出實際運行原理,為維護好設備做好理論基礎。

發射機 短波 大功率 3π網絡

瑞士產TSW2500型500kw大功率短波發射機，該機運行穩定，故障率低，轉換效率高，性能指標高。尤其它的高末級槽路設計的科學合理，換頻快，諧波小，不易打火，利于維護。它是原瑞士ABB和德國德律風根AEG相結合的產物，可以說是相互取長補短，充分利用各自的優勢，最終完美組合到了一起。TSW2500型500千瓦短波發射機的射頻末級輸出網絡采用3個π型網絡組成，3π網絡用于實現諧振、阻抗變換和濾波功能。它把輸出阻抗變換為射頻末級管所需的等效屏級阻抗，同時諧振于工作頻率，濾除諧波。3π網絡的電感調諧線結構，分布參數很小，不易產生寄生振蕩。

下面，我們就簡單介紹一下該回路。首先，回顧一下槽路的基本概念和作用。

圖1

圖2

1 簡述槽路

一般新型發射機廣泛使用π型網絡，即我們常說的π型匹配網絡。下面我簡單介紹：我們知道π網絡是一種四端網絡。它具有濾波度高、變換阻抗范圍寬和適合于大功率、低Q值的阻抗匹配等優點。

2 π網絡及有關公式計算

初看起來好像并不比找到等效阻抗復雜。但是問題在于有無限種元件的組合都可以使匹配網絡具有類似的效果，而且還需考慮其它因素(比如濾波器的結構類型、品質因數和有限的可選元件)。

2.1 串聯阻抗轉換公式

在討論匹配網絡的阻抗變換特性時，經常要把電抗、電阻串聯形式轉換為等效的電抗、電阻并聯形式；或者將電抗、電阻并聯的形式轉換為等效的電抗、電阻串聯形式。

圖1為兩個相互等效的串聯和并聯的電抗、電阻電路，下面我們將找出這個電路參數之間轉換的公式。

所謂“等效”就是指在電路的頻率等于工作頻率ω時，從圖AB端看進去的阻抗(或導納)相等。今令兩者的端導納相等，即

其中

兩邊移項得

圖3

圖4

通過上述分析可知，當 Qe取定后，將串聯支路轉換為并聯支路時，并聯支路的等效電阻和等效電抗恒大于串聯支路的電阻和電抗。反之，將并聯支路轉換為串聯支路時，串聯支路的等效電阻和等效電抗恒小于并聯支路的電阻和電抗。

同樣，當把 RP、 XP相并聯的網絡轉換為串聯網絡時，可以把高阻值的 RP變換為低阻值 Rs，調整 XP可變阻值降低的倍數。

2.2 L型網絡分析

所謂L型網絡是指兩個異性電抗支路連成“L”型結構的匹配網絡，有兩種基本形式，相應的常用電路分別如圖2所示。圖2中， RL為外接負載電阻。

由此可見，實際上它們就是 Qe較低的并聯諧振回路和串聯諧振回路。由于回路的固有損耗很小，因此，在討論阻抗變換特性時，為了簡化分析，可以忽略回路固有損耗的影響。

L型網絡的阻抗變換作用是把外接負載變換成三極管所要求的負載阻抗。其阻抗變換過程是利用串、并聯電路互為等效時，用相異的電抗電抗分量互相抵消，使得呈現為純電阻負載 Re。因此，一定要諧振于工作頻率，串臂和并臂的模量要相等。

對于圖2所示的電路而言，先將它的 X2( L2)和 RL的串聯支路轉換為 XP( LP)和 RP的并聯支路，如圖所示。再令1X+PX=0，將電抗分量抵消，則在管子兩端呈現的阻抗便為純阻，其阻值為 RP，由于 Qe恒為正實數，根據上式可知，這種匹配網絡只能適用于 Re＞ RL的匹配情況。

同理，對于圖2下半部分所示電路而言，先將其中 X2(C2)和 RL的并聯支路轉換為 XS( Cs)和 Rs的串聯支路，如圖所示。再令X1+ XS=0， Rs= Re，則通過類似分析可以求得匹配網絡元件值為：

由上式可知，這種匹配網絡只能適用于 Rе＜ RL的匹配情況。

L型網絡的濾波度以及考慮回路固有損耗后的回路效率，在工程估算中可直接按式計算。

L型網絡的優點是結構簡單，但是有載品質因數 Qe不能任意選擇，當 Rе和 RL確定后， Qe也就確定了，不能再根據濾波度和回路效率等要求予以調整，且這種網絡 Qe低，濾波性能差。因此，這種網絡只能實現阻抗變換，無法兼顧濾波度和回路效率等要求。

3 π型網絡

所謂∏型網絡是指三個電抗支路(其中兩個支路時同性電抗，另一個支路時異性電抗)接成“π”型結構的匹配網絡，如圖3所示。它的串臂為感抗，兩個并臂為容抗，分析時，將它表示成兩個串接得L型網絡。首先，由第二個L型網絡將 RL變換為假想電阻 Rs，其值為

然后，再將 XS1和 RS轉換成并聯的電抗和電阻，此電抗和 XP1的電抗相等，并聯的電阻 Rе即為功率管所要求的電阻 Rе其值為

上式表明，選擇合適的 Qe1或 Qe2，就可以實現給定的阻抗變換，不象L型網絡那樣受

Rе＜ RL或 Rе＞ RL條件的限制，而且在實現給定的阻抗變換時， Qe1和 Qe2可以取不同的數值組合，說明阻抗轉換是任意的，因此性能有改善，克服了L型網絡的缺點，適用較廣泛。由于 Qe2恒大于1，因此，由式可得不等式

圖5

上式是在π型網絡中將RL變換為 Rе時 Qe1和 Qe2應滿足的條件。如果 Qe1太小，或 Qe1過大，不滿足這個條件，那么，要實現給定的阻抗變換時不可能的。因此，將這個條件稱為∏網絡的可實現條件。

若已知 Rе、 RL和 Qe1，則匹配網絡各元件值為

如果 XP1和 Xp2為同性電抗，那么 XS1和 XS2為同性電抗，因此，π型網絡串聯臂的總電抗為

對于T型匹配網絡，也可用類似方法將它分解為兩個串接的L型網絡，這樣，就可求得匹配網絡各元件的計算公式。

那么，TSW2500型500千瓦短波發射機的3π網絡又是如何工作的呢？下面我們一起用上述方法分析一下，圖4實際電路圖：

我們將上面圖4化簡成圖5

將一π分成左右兩個L型網絡，即可以把L251分成兩段，左半部為L251a，右半部為L251b，C261a和C261b先和并成一個電容C261，然后再拆分為C261a和C261b，同理L261被拆分為L271aL271b，C271被拆分為C271a和C271b，但首尾的C251，C275沒必要拆分，因為他本身比較獨立，當然僅僅就孤立的分析當前一段時有效，若此前后再加元件，同樣需要拆分折合。

下面先介紹圖5的各個關鍵點的阻抗和Q值，從左端開始190Ω是指電子管的輸出阻抗為此值，所以即一π左端第一個L型網絡，諧振頻率f，各點Q值即Q1，Q2，Q3，和Roe=190Ω，R2=150Ω，R3=750Ω，R4=50Ω。

實際上，TSW2500型500千瓦短波發射機的射頻末級輸出網絡就是采用3個π型網絡組成的，所以，我們完全可以用我們所學的無線電知識，將3π網絡逐一拆分，依次化簡，即把一個看似非常復雜的網絡系統，化簡為非常熟悉的L型網絡加以分析并運算，最終得出正確結果。

[1]張學田,李英華,尤鞏圻,劉洪才,何正聲,魏瑞發.廣播電視技術手冊第6分冊:發射技術.

[2]劉洪才,中短波廣播發射機[M].北京:中國廣播電視出版社,1997.

[3]劉長年,吳名森.廣播發送技術[M].北京:國家廣播電影電視總局,1999.

[4]胡樹豪.實用射頻技術[M].北京:電子工業出版社,2004.

張榮軍,性別:男,出生年1975年,籍貫:北京,學歷:大學本科,職務:副總工程師,研究方向:無線電。