TSW2500型500kW短波发射机高末输出网络的分析与改进

文章作者：中国新闻技术工作者联合会 2021/12/30-04:43 阅读: loading...

水建东

(国家广电总局831台)

摘要本文对瑞士THALES公司生产的TSW2500型500kW短波发射机的高末输出网络进行了计算分析，介绍了以我们的计算结果为参考依据，对进口发射机的工作状态重新调整的实例，对引进设备的消化、吸收、改造有较好的参考作用。关键词发射机高频放大器 π网络

1引言瑞士THALES公司生产的TSW2500型500kW短波发射机是目前世界最先进的短波发射机之一，目前是我国对外短波广播的主力机型，该发射机运行稳定、故障率低，电声指标位居各类大功率短波发射机之首。该机型的高频放大器末级槽路采用3π结构，工作于低Q值状态，这使得其工业效率和工作指标都比较好。但有关发射机高频放大器槽路的计算，THALES公司一直不愿意向我方提供。笔者针对发射机末级槽路的构成，查阅了有关技术资料，对3π网络进行了理论分析计算，并结合计算结果和平时工作的积累，对发射机末级槽路进行了调整，不仅改善了发射机的技术指标，而且还稳定了发射机的工作状态。

2 TSW2500型500kW机的高频放大器末级槽路调谐 TSW2500型500kW机高频放大器末级槽路采用一个低通结构的3π网络组成，如图1所示。3π网络实现了谐振、阻抗变换和滤波功能，可将发射机50Ω输出阻抗变换为射频末级功放管所需的等效屏极特性阻抗190Ω；使谐振回路谐振于工作频率；同时还对谐波进行了衰减（对于屏极上所有谐波均呈现最低阻抗），起到了滤除谐波的作用。3π网络的电感采用调谐线结构，分布参数很小，细调谐采用可变真空电容器，从而使调谐点细腻平滑。 2.1末级使用四极管的发射机的调谐末级采用四极管的短波广播发射机，当其末级槽路Q值大于10时，对四极管以阴流指示最小点和帘栅流表指示最大点作为槽路的调谐点。但对于末级低Q值的槽路调谐，在调谐时，存在阴流表指示最小点与输出功率最大点不一致。当槽路有载Q值较小（小于10）时，若以阴流表指示最小点作为调谐点，就会使屏压和不同相，而存在一个相角φ，此时输出功率P～=1/2(UaIa1COSφ)和效率η都会下降。使阳极效率降低（约下降5%左右）。对于这种情况，在实际调谐时，先调至阴流表指示最小，然后稍减电感L和电容C值使阴流表略为增大，同时使功率表指示增大（但二次水出水温度并不增加，即屏耗并不增大），这时输出功率增加，效率提高。此点为最佳调谐点。 2.2 TSW2500型500kW机的调谐前已介绍，TSW2500型500kW短波发射机末级采用π网络。π网络相当于低通滤波器，滤除谐波保留基波，由基波来重现音频调制包络。由于支路电容及调谐线圈中的电流与回路Q值成正比，所以如果工作于高Q值，势必对调谐线圈的接点（接触簧片）、冷却、及电容的冷却提出更高要求，这在工艺上很难实现。所以该发射机的π网络Q值选得较低。这样单个π网络的滤波度又很难满足要求。所以本机共采用了3个π网络。其中3π网络主要起阻抗匹配作用，在给定的电压驻波比变化范围内，通过调整该网络，为担负调谐功能的2π网络的负载提供一个稳定的阻抗。高末输出回路图1中， Cout为高末管TH576的输出电容和屏极对地电容之和。3个π网络共有7路8个可调元件（其中C261、C262为MP7联调）。C275、L271是调匹配元件，微调由这两个元件完成。C271、L261、C261、C262、L251、C251是根据理想情况下（天线为300Ω纯阻时）对工作频率进行粗调设置的（换句话说，这几路在粗调预置后，在调整过程中，就不再进行调整）。 2.3具体的调谐原则及步骤进口发射机在验收时，通常要对十个播音频段进行预置，开新频率时进行微调即可。对我国自行生产的发射机来说，可参考进口发射机预置数值及计算值，对工作频率进行预置。然后在手动状态进行细调谐。屏压加到7.5kV，输出功率应为150kW左右；10kV时，输出功率应为250kW左右；屏压13.7kV时，输出功率应为500kW。依据先开低功率，在输出功率、屏耗、末级屏流、帘栅流，进出水温差较合适条件下，慢慢升高屏压、进行细调谐的原则。 1.调MP01，使宽放输出匹配反射最小。 2.调MP02、MP04使Ig1V2最大，IaV1最小。再微调MP1修正；最后调RFAT（射频衰减器），使Ig1V2为2A左右； 3. 按Va+，升低功率至250KW，调MP10、MP11，使APD最小，同时使Pfwd为250KW；必要时可微调MP05—MP09，使APD最小。 4.升功率到500KW，调MP10、MP11，使APD最小，同时使Pfwd为500KW；必要时可微调MP5—MP9，使APD最小。同时，注意校正CPH1和CPH2，使PHI1（前级鉴相器）和PHI2（末级鉴相器）接近于0。 5.利用频谱仪观察，依次在150/250/500KW功率时： 1)把谐波调到最小：调MP13，用频谱仪看波形，使载波时的谐波幅度尽量小，且相差不大。 2) 把谐波调到最小（同时优化了交调指标）：调MP03（中和电容）使fc±2fΩ，fc±3fΩ分量的幅度最小，与fc±fΩ相比衰减40dB左右；再调MP2，使Ig1V2最大，PHI1接近零；有时需反复调MP02、MP03。 3)用频谱仪检查MP05、MP07、MP13路电容有无振荡。 3 高末输出3π网络的计算 3.1高末输出网络中元件值理论计算图1中高末输出3级π网络分别可分解为图2（a）、（b）、（c）所示.

发射机在设计时，给定R_oe=190Ω、R₂=150Ω、R₃=75Ω、R₄=50Ω。TH-576电子管输出电容及屏极对地电容Cout约为150pF。

以工作频率为5.9MHz为例，厂家在该工作频率设计时，选定Q₁=3.2、Q₂=3、Q₃=2，则：

1.对于一π网络：

2.对于二π网络：

3.对于三π网络：

最后计算结果如表1所示。

注：表1中蓝字部分Roe、R2、R3、R4、Q1、Q2、Q3为厂家设计给定值，所有阻抗Roe、R2、R3、R4、XL、XC的单位均为Ω,电容C容量的单位为pF，电感L电感量的单位为μH

表1

频率f 5.9M Hz	角频率 37.052M Rad/s	一π	Roe	Q1	Xc251?	C251	Rs1	XL251?	L251?	R2
			190	3.2	59.375	304.55	16.90391	54.09253	1.459908	150
			R2	Q1?	XL251??	L251??	XC261?	C261?	L251
			150	2.806009	47.43253	1.280161	53.45671	504.8776	2.74007
		二π	R2	Q2	Xc261??	C261??	Rs2	XL261?	L261?	R3
			150	3	50	539.78	15	45	1.214509	75
			R3	Q2?	XL261??	L261??	XC271?	C271?	L261	C261/262
			75	2	30	0.809673	37.5	719.71	2.024182	522.32
		三π	R3	Q3	Xc271??	C271??	Rs3	XL271?	L271?	R4
			75	2	37.5	719.71	15	30	0.809673	50
			R4	Q3?	XL271??	L271??	XC275	C275	L271	C271
			50	1.527525	22.91288	0.618398	32.73268	824.53	1.428071	1439.41

实际上，只要建立一个EXCEL文档，然后将计算公式写入对应的行列，即可很方便地根据各工作频率的不同进行各个元器件数值的计算。

需要说明的是，对于不同频率，给定的Q值并不相同。TSW2500型500kW机一般工作频率在17M以上，Q值选得相对大一些（Q1选在4到6）。

831台A03机实际调谐数据与计算数据比较如表2所示。

表2

频率5900kHz(A03#)
2001年厂家调机预置调谐数据：
调谐路数	电感电容值	计算值	计数范围	计数	机上值	厂家
MP05	100-1000pF	厂家未提供	200-7857	3676	490 pF	进口
MP06	0.33-2.1μH		200-7805	5686	1.51μH
MP07	100-1000 pF		200-7909	7076	888 pF	进口
MP08	0.52-2.1μH		200-7856	6243	1.21μH
MP09	40-1300 pF		200-7910	7030	1106 pF	进口
MP10	0.26-2.1μH		200-7907	5611	1.31μH
MP11	100-1000 pF		200-7907	6595	840 pF	进口
2011年以计算值为参考调谐后实际调谐数据：
调谐路数	电感电容值	计算值	计数范围	计数	机上值	厂家
MP05	100-1000 pF	380 pF	200-7857	2474	390 pF	进口
MP06	0.33-2.1μH	2.5μH	200-7805	7402	2.05μH
MP07	100-1000 pF	522 pF	200-7909	4332	610 pF	国产
MP08	0.52-2.1μH	2.02μH	200-7856	7271	2.01μH
MP09	40-1300 pF	1439 pF	200-7910	5869	1000 pF	国产
MP10	0.26-2.1μH	1.42μH	200-7907	5407	1.55μH

表2为2001年外国专家调机后预置数据和2011年本人通过计算后以计算值为参考重新调整状态的数据比较。理论计算值、2001年厂家工程师调整数据、2011年根据计算结果重新调整的数据柱状图可直观进行比较，如图3所示。通过柱状图比较可看出，外国专家调机预置的数值一π、二π槽路的L251、L261用得偏低，而C251、C261、C271用得偏大。实际上，从开机试播以来，一直存在着末级屏流较大、屏耗较大、进出水水温差较高、电容瓷环温度过高等问题，对发射机工作的稳定性有较大影响。2011年以后我们通过以自己的计算结果为依据对发射机状态调整后，屏耗明显变小、电容瓷环温度也有所降低。那么，为什么计算值与实际值有一定偏差呢？笔者认为：这主要是因为存在分布参数（引线电感和分布电容），而计算是在理想情况下进行的，所以计算值要偏大一些。而这些工作需要通过对发射机的调谐来进一步确认。

3.2 三个π网络中电容电压和电流的计算

1.载波状态（m=0）： 2.100%调幅时： 3.100%调幅，驻波比VSWR=2:1时：电容上承受电压为100%调幅时的倍（此电压也是电容所需最低耐压值） 4.从以上的计算可以看出，3个π网络电容上承受的电压C251最高，从C261、C271、C275依次降低。而通过的电流C251最低，C261、C271、C275较高。 4维护工作中的几点体会通过以上对于TSW2500型500kW大功率短波发射机高末输出网络的计算分析和我们在维护工作中的一些体会，总结如下： 1.由上所述，C251 承受的电压最高，实际工作中，该电容也损坏最多。电容损坏的原因主要是电容耐压不够，引起过电压击穿。 2.发射机暂态电压过高时，会引起电容击穿，防止办法是加放电球，同时在满足功率要求的前提下，尽量降低屏压。 3.要避免发射机电容长时间工作于过电流状态，否则极易引起温度过高烧坏。槽路电容的电流是支路电感电流的Q倍。调谐时，注意使发射机工作在准确的调谐状态下，否则失谐引起电容电流过大温度升高，增加电容器损坏的可能性。 4.要特别注意电容本身冷却，如果冷却不好，极易引起不必要的损坏，对只有风冷的电容，亦可采用增加水冷的方法来改善其冷却效果。 5.实际使用中C271损坏率较高，安装高频感应较强，原安装底板为铁质镀铜材料，因涡流发热氧化，我台将其改为铜板效果明显。另我们通过测试发现C271工作温度较高，加上水冷盘冷却和增加高压风管强制冷却后，降温效果明显，损坏率明显下降。参考文献： 1 郭宝玺.大功率新型短波发射机射放技术.1997.12. 2 孙庆有.李栋.广播电视发送技术.中国广播电视出版社.1996.6. 3 RF DESCRIPTION.TAHLES BROADCAST & MULTIMEDIA.2001.5

编辑：中国新闻技术工作者联合会

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