420C 型500kW 短波發射機腔體接點燒壞原因研究

鄧曉霞

（國家廣播電視總局2022 臺，新疆 喀什844000）

采用PSM 脈沖階梯調制技術的420C 型500kW 短波發射機在我國的應用較為廣泛，而在長期應用的經驗積累和技術交流作用下，圍繞該型號短波發射機開展的技術改進不斷涌現，如發射機單機水箱改進、“快拆易裝”饋芯饋筒改進。但結合實際調研可以發現，腔體接點燒壞仍很容易出現于該型號短波發射機中，為有效預防和處理相關故障，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 420C 型500kW 短波發射機特點分析

1.1 特點分析

美國大陸電子公司生產的420C 型500kW 短波發射機在我國擁有二十余年的應用歷史，該短波發射機采用PSM脈沖階梯調制技術，能夠合二為一主整合調制器，得到化整為零的主整電壓，串聯輸出的48 塊模塊由高速電子開關控制（IGBT 絕緣門雙極晶體管組成）分別控制，直流和音頻調制信號同時對這類高速電子開關進行控制，功率模塊合斷可通過該信號控制并實現調制。脈沖階梯音頻調制信號可基于低通濾波器平滑加到射頻被調級電子管屏極，保證射頻被調級獲得高電平音頻調制電壓和直流屏壓，調幅可順利實現。對于采用耦合腔體電感的420C型500kW 短波發射機來說，其屬于典型的脈沖階梯調制短波發射機，電感圈數多集中于3.9MHz 低頻，26.1MHz 最高頻較少，不用的線圈在高頻段用的少時即使逐圈短路，反射到在用電路中的被短路線圈會導致高頻高阻抗的末極屏極存在，高次諧波降低屏極效率、機器打火、元器件損壞等問題均可能因此出現，直接影響機器穩定性能。由于美國大陸電子公司生產的短波發射機存在上述不足，其采用耦合腔體電感，由此即可在零磁場內封閉高頻段不用部分，射頻反射的最大限度消除可順利實現[1]。

1.2 耦合腔體結構

對于采用Cavity 耦合腔體電感的短波發射機來說，其調配線由兩根導管組成，隔板設置于四周，有活動短路板裝設于終端，零磁場內的不用部分短路可實現射頻反射的最大限度消除。在導管與隔板距離較近時，無法忽略導管對地影響，π 形電感會隨之形成，具體如圖1 所示。

圍繞圖1 進行分析可以發現，電抗存在于兩管間，每邊對地也同樣存在電抗，π 網絡因此形成，輸入端C1 與L1、輸出端C2與L2 均并聯，相較于一般π 網路存在更為復雜的電路，屬于典型的電感耦合雙回路，存在分別屬于初級電感和次級電感的兩導管，電感、電容分別為粗調、細調[2]。

圖1 π 形電感示意圖

對屬于滑動板截面的耦合腔體來說，需換頻粗調滑動板，氣動可伸縮彈簧接點裝設于滑動板背面，氣壓壓制彈簧的力量在移動時可將接點打開，電感位置的無磨損改變能夠由此實現，氣動壓力在預定位置到達后去掉，接點可通過彈簧的力量接通。彈簧壓力銀點在每根銅管與接點裝設12 個，接通每個接點時存在約33A 的通過射頻電流。隔離板四周的彈簧壓力接點為50個，機箱外殼與短路板的接觸良好可得到保障。整機彈簧壓力接點共計74 個，采用鍍銀接點作為每一個接點，10mm 直徑規格。采用紫銅管作為兩根饋管，需得到增強鋼度處理，梳狀靜電隔離板安裝于兩根銅管的前端。對于移動的短路版，六棱導軌靠短路板底座上裝設有軸承三個于六棱與支架的接觸面，因此其可實現較為靈活輕便的移動，整體移動平穩。兩個洞眼存在于短路板中間，方向相反拉繩設置于其上，短路板可基于伺服馬達轉動牽動實現前后移動。腔體無法克服的末級調容回路寄生振蕩、高五次以下的諧波可基于多頻點躲開，某一頻率所選頻點可在上位機內存儲形成曲線，滿足粗調使用需要[3]。

2 短波發射機腔體接點燒壞原因分析

2.1 原因分析

在本文研究的420C 型500kW 短波發射機實際運行過程中，僅關注其表值，不采用儀器，可確定短波發射機的“三滿”要求得到滿足，明顯的水溫升高、效率低下等異常情況也不存在于短波發射機中，同時明顯的雜音未在收測播出時發現，頻繁的打火過荷現象同樣未在短波發射機中出現。在測試短波發射機指標的過程中，存在甲級的可能雜音指標，以往測試結果存在達到乙級的可能雜音指標，因此不深究相關原因。但由于二次以上五次以下諧波實際存在于高末槽路電路中，且無法濾除的寄生振蕩同時存在于高末槽路電路中，這使得高電壓出現于高末槽路元器件中，燒損腔體接點現象受此影響出現于耦合腔體電感上，這會導致腔體打火，嚴重時還會導致腔體接點燒毀，不光滑的腔體壁、銅管表面會大幅提升維護工作量。如上述原因導致腔體打火的頻繁出現，高頻振蕩的大電流、高電壓將頻繁擊穿元器件，運行不穩定的機器將對正常工作帶來嚴重負面影響，正常換頻至下一個頻率的問題也會在嚴重時出現，最終引發停播事故。高末腔體接點吱火現象很容易在短波發射機維護過程出現，接點損壞會導致其無法正常工作，此時緊急處理必須快速開展，圖2 為嚴重燒損接點示意圖。

圖2 嚴重燒損接點示意圖

總的來說，短波發射機腔體接點燒壞帶來的影響較為嚴重，會對安全播音造成直接威脅，維護成本和維護工作量也會大幅增加，這種影響主要體現在三個方面：第一，短波發射機腔體接點的更換耗時較長，一般需要花費1 小時以上時間更換1 個節點；第二，短波發射機腔體接點的更換無法由一名技術人員完成，最少需要兩人合作進行更換；第三，屬于專用元器件的短波發射機腔體接點需要由專業加工形式訂購，不存在直接生產廠家，存在較高的生產成本、較高的質量要求、較低的使用數量、較為復雜的生產流程和生產工藝，這種情況下很難于市場上進行這類節點的采購，即便能夠采購到也存在非常昂貴的價格。基于相關試驗、實踐等研究可以確定，寄生振蕩和高頻振蕩存在于420C 型500kW 短波發射機的高末槽路中，高末腔體接點吱火會受此影響出現，進而導致弧光探測器動作，掉高壓，播音的維持需要降功率實現，嚴重時會導致停播事故發生。考慮到高末腔體的重要性，振蕩存在于高末槽路中屬于短波發射機腔體接點燒壞的根本原因。

2.2 應對方法

為解決上文提及的短波發射機腔體接點燒壞問題，需首先圍繞短波發射機開展示波器測試，以此結合輸出波形進行分析。具體分析可以發現，存在嚴重失真的載波波形。進一步采用頻譜分析儀開展針對性測試，可得到圖3 所示結果。

圖3 頻譜分析儀測出的頻譜

分析得到的波形能夠發現，三次及以上的諧波存在于載波中，三次和五次諧波帶來的影響最為深遠，與波形失真存在直接關聯。在末極放大作用下，高電壓出現于高末槽路中，高末級打火過流保護因此發生，腔體接點因此燒壞，嚴重時還會導致其它高周元器件燒壞。考慮到高末槽路在短波發射機中主要發揮濾波、諧振、阻抗匹配等作用，結合PA 腔體的作用和原理，為解決相關問題，必須對PA 腔體粗調位置進行調整，以此實現三次以上諧波的躲開，輔以進一步細調，即可得到趨于理想正弦波的輸出波形。在具體調諧過程中，可基于Π 網絡雙調諧回路進行高末槽路諧振回路調諧，電感L8 和電容C23 組成初級回路，電感L9 和電容C31 組成次級回路，移動腔體短路板負責改變電感L8 和次級電感L9 的感量，存在約190Ω 的雙調諧回路輸入阻抗，為實現PA 屏極電壓和電流關系的改變，需對T 網絡電容C32 和電感L11 進行調節，負載的輕重可隨之改變。低諧波輸出由簡單調諧提供，基于高末級各元器件的作用和原理，將示波器接于T 網絡輸出端，腔體的粗調位置調整即可以載波輸出波形為依據，理想的正弦波能夠由此盡可能獲得。T 網絡線圈和PA 腔體的粗調位置屬于主要調整對象，分析調整后的載波輸出波形可以發現，載波中的寄生振蕩和諧波分量得以有效減少，短波發射機因此得以具備更高的穩定性，同時實現的使用壽命延長、維護成本降低、維護工作量減少具備較高現實意義。

3 結論

綜上所述，多方面因素均可能導致短波發射機腔體接點燒壞。在此基礎上，本文涉及的耦合腔體結構、應對方法等內容，則直觀展示了問題原因和處理路徑。為更好保證短波發射機的安全穩定運行，日常維護中檢測工作的嚴格開展、相關儀器設備的國產化探索同樣需要得到重點關注。