BGTB4142全固態10kW短波發射機工作原理簡介

高 濱

內蒙古自治區廣播電視傳輸發射中心滿洲里717臺 內蒙古 滿洲里 021400

由北京北廣科技股份有限公司生產的全固態10kW 短波發射機（型號：BGTB4142），全部技術都是新研發的，其主要功能是用于AM 廣播覆蓋，它與中波廣播發射機相比覆蓋面積更大，為農村牧區群眾收聽廣播提供了更大的方便。

該發射機在標準化、維修性、散熱、報警、聯鎖保護等方面，在現有設備研發的基礎上又進行了有針對性的改進設計，可全面滿足國家廣電總局62 號令相關技術規范、要求。

1 系統組成

BGTB4142 全 固 態 10kW 短波發射機主要由激勵器、前級功放、750W 功率放大器、四分配器、四合成器、濾波器、開關電源及控制單元組成。

750W 功率放大器主要包括分配器、200W 功率模塊、合成器、定向耦合器及控制監測單元，如圖1 所示。

圖1 750W功率放大器

根據前期試驗， 單個BLF189XR 功率模塊在滿足＜3%失真的條件下，載波功率50W，由此計算，BLF189XR 模塊增益為 23dB，10kW 功 率 （70dBm）所需推動功率為： 70- 23=47dB。所以前置放大器功率為50W，根據激勵器所能提供的輸出功率（15dBm）計算：47-15=32dB，由此可得出前置放大器需用 2 級推動， 末級采用BLF189XR （增益為 23dB），前級采用2 只PHA-202+（增益為15dB），2 級可實現 38dB 增益，滿足系統應用。

10kW 短波發射機系統組成如表1 所示：

表1 10kW短波發射機總體組成表

2 工作原理

射頻鏈路：音頻信號通過激勵器調制輸出已調波射頻信號，輸入到前級功放，由前級功放完成放大，第一級1/4 功率分配器將該射頻信號平均分成4路，然后每一路信號分別送到第二級1/4 功率分配器，分成4路送到對應750W 功率放大器單元，射頻信號放大后，再經過兩級的4/1 功率合成器合成，輸出大于11kW 功率到濾波器，濾波后的功率經定向耦合器輸出10kW 功率。定向耦合器檢測出入射和反射功率取樣，并將該取樣信號輸出至控制監測單元。

供電鏈路：標準三相380V電源，經配電單元進電總開關后分成4 路分別送給4 個22kW開關電源，開關電源將輸出直流48V，4 個22kW 開關電源輸出作為16 個750W 功率放大器單元的直流供電。開關電源采用冗余設計，有一個電源模塊損壞時不影響整機輸出。

控制鏈路：整機控制主要由控制監測單元和主控計算機完成，在前級功放、末級功放均設計有輸入輸出射頻信號監測及功放電流、電壓、溫度等取樣電路，在合成器及其輸出端設計有射頻信號監測及溫度等取樣電路，這些參數通過CAN 總線傳送至控制監測單元，以實現對整機狀態各參數的監測，同時控制監測單元傳送至主控計算機，由主控計算機在本地顯示屏上顯示整機工作狀態及各項參數。電源具有遙控開關功能，主控計算機接收各級聯鎖信號以及本地或遠程開關機指令，實現整機的本地及遠程開關機控制及信息交互。

冷卻系統：整機的功放及電源采用風冷散熱方式。

3 相關組織單元功能及原理

3.1 激勵器單元工作原理

廣播激勵器，實現幅度、頻率的射頻激勵信號生成，以及全數字化的AM 調制。輸出功率：20dBm（載波功率）。

3.2 前置放大器工作原理

前置放大器主要由1 個推動級、1 個末級放大模塊、1 個定向耦合器、控制板以及開關電源等組成，前置放大器方框圖如圖2 所示。

圖2 前置放大器方框圖

前置放大器推動級采用2 只PHA-202，末級為BLF189XR，實現約53dB 增益的放大，為末級放大器單元提供約200W 峰值的線性功率。

定向耦合器完成射頻輸出的入射及反射功率檢測輸出至控制板，控制板采集溫度、入射、反射功率、電流、電壓等數據并通過CAN 總線上傳至控制監測單元。

控制板可采用功率放大器的通用控制板，完成采集前置放大器散熱器的溫度，定向耦合器的射頻輸出入射、反射功率，以及功放工作電流、電壓等數據，由單片機對數據進行處理并通過CAN 總線上傳至整機控制監測單元，當前置放大器數據出現異常時發出本地及遠程報警信息。

前置放大器采用風冷散熱方式，射頻輸出接口為N 型。

前置放大器主要功能：溫度監測功能；射頻信號輸出檢測功能；功放電流、電壓監測功能；故障檢測及報警功能；數據通信功能。

3.3 750W 功率放大器單元工作原理

750W 功率放大器單元主要由1 個四分配器、4 個功率放大模塊、1 個四合成器、1 個定向耦合器以及監測電路等組成，原理方框圖如圖3 所示。

圖3 750W功率放大器單元原理方框圖

750W 功率放大器單元采用4 只 BLF189XR，實現約 23dB 增益的放大。BLF189XR 為Ampleon 公司最先進的大功率LDMOS放大器件，工藝成熟，已得到廣泛應用，BLF189XR 單管最大輸出功率可達1500W，效率近80%，工作電壓DC50V，可承受130V 的反射電壓沖擊，抗駐波能力達到65：1，為保證整機工作可靠性，采用元器件降額設計，單管額定輸出設計為200W（線性）。

定向耦合器完成射頻輸出的入射及反射功率檢測輸出至監測電路，監測電路采集單元中的溫度、入射、反射功率、電流、電壓等數據并通過CAN總線上傳至控制監測單元。

監測電路完成采集3kW 功率放大器單元中重要區域如功放管的溫度，定向耦合器的射頻輸出入射、反射功率，以及功放工作電流、電壓等數據，由單片機對數據進行處理并通過CAN 總線上傳至整機控制監測單元，當3kW 功率放大器單元某些參數數據出現異常時發出本地及遠程報警信息。

750W 功率放大器單元采用風冷散熱方式，射頻輸出接口為L29。

10kW 短波發射機共有 16 個750W 功率放大器單元，為了提升整機效率及合成效能，750W功率放大器單元的一致性非常關鍵，放大器單元增益偏差≦±0.5dB，相位偏差≦±5°，為保證實現這兩個指標，要采取的措施是：對器件一致性進行入廠篩選，尤其是功率放大管及線纜；嚴格制定特殊加工及裝聯工藝，設計專用工裝，保證加工及裝聯精度；由經驗豐富的調試工程師進行調試。

750W 功率放大器單元主要功能：溫度監測功能；射頻信號輸出檢測功能；功放電流、電壓監測功能；故障檢測及報警功能；數據通信功能。

3.4 功率分配合成器工作原理

10kW 短波發射機有5 組功率合成器，分別是4 個4 合1 功率合成器 （2.8kW）、1 個 4 合1功率合成器（10kW）。分配器由5 個四分配器組成。

3.5 定向耦合器

定向耦合器的功能是對信號進行采樣，送至數據采集單元進行檢波監測，采用同軸結構。

3.6 濾波器

濾波器的主要功能是濾除諧波信號。

3.7 配電單元

整機供電選用380Vac（三相五線制），外電要求380Vac±10%，工頻為50Hz-60Hz，配電單元位于主控機柜，將380V 進電進行分配，提供給開關電源、控制器等設備。

10kW 機柜采用 4 個 22kW 的直流穩壓電源，輸入380V，輸出48V，每個電源模塊插件可直接插拔，便于維修、更換。電源具備測試模式，可在載波無調制狀態下降低工作電壓（48-36V）。

3.8 整機效率

10kW 效率計算如下：功放單元在工作時功率效率可達45%（依據），合成損耗15%，電源模塊自身效率按94%預計，因此功放部分總效率為：

45%×85%×94%=35.9%

前級耗電300W，工控機耗電100W，采樣監測電路總耗電約100W，其它100W，以上共計600W，相對于功放部分耗電4%，整機總效率可達31.9%以上。

3.9 控制系統工作原理

監控機柜的監控單元主要由控制監測單元（1 套） 等組成。通過取樣、控制電路和CAN 總線 （外來總線 RS485 或RS232： 電源和激勵器等設備），實現整機內部的通信鏈路組網、數據處理和設備監控。控制保護信號、故障信號指示全部集中在前控制面板和顯示器上。人機界面友好、直觀，具有設備運行日志功能；具有對外監測數據接口功能；具有發射機運行數據輸出監測功能。其安全性符合廣播電視設備網絡信息系統安全規定。

前置放大器和每個功率放大器都可檢測到工作電壓、模塊電流、散熱器溫度等參數，整機可檢測輸出功率、反射功率、溫度等參量及狀態，可根據設定的門限實現告警或保護功能；前置和功率放大器可尋址控制和監測；各單元可與外設通訊設備獨立通訊；整機可通過外部接口（RJ45 網口）與外部進行通訊控制。當設備本身出現故障時，對外輸出閉鎖信號，信號格式由臺方指定，保證人員和設備安全。

控制系統的主要功能如下：

保障設備穩定運行；

設備運行狀態和數據的實時顯示及監控；

設備的監控保護系統自動化水平高、技術先進，工作狀態監測量設置齊全，監測電路設計成熟、可靠，聯鎖保護電路快速、有效，控制軟件設計界面友好、功能擴展性強，遙控接口標準，方便接入上一級控制系統；

開、關機模式分為：本地及遙控開、關機兩種；

整機內部采用CAN 總線和其它總線方式進行通訊，實現對各個單元的數據處理；

設備遠程控制物理接口為：RJ45（網口），提供LAN 網絡，通過發送和接收TCP/IP 協議數據包來實現對設備的遠程監控。