500kW短波發射機射頻末級工作狀態的計算

劉 瑋

（國家新聞出版廣電總局五九四臺，陜西 咸陽712028）

0 引言

500kW短波發射機射頻部分包括一個合成器，一個固態預放大級，驅動級和匹配網絡，高末級和輸出電路。在經濟、穩定的前提條件是在設計上盡可能少用電子管，電子管僅用于半導體器件不可替代的地方或考慮到經濟性，僅驅動級和末級各用一個電子管，同時PSM調制器全部都用半導體器件。計算射頻末級能更直觀的了解射頻末級的工作狀態。

1 射頻末級工作原理簡介

TSW2500型發射機射頻末級的原理見圖1所示。它的射頻末級電子管采用金屬陶瓷四極管TH576，陰極接地電路，具有功率增益高，所需推動功率小的特點。驅動級屏極輸出與末級管柵極之間通過Π網絡匹配，Π網絡L和C可調，末級管的輸入電容當作Π網絡的輸出電容，它對于每個頻率是變化的。驅動級功率理論上用于驅動末級和補償線路損耗，末級管要求很小的柵流，用于保證末級工作于穩定的C類飽和狀態。電源退耦是用一個套在RF末級電子管屏極上的圓筒形耦合（隔直）電容C250來實現的。這種結構設計緊湊，引線電感很小。末級電子管TH576是超蒸發冷卻陶瓷四級管。陰極和柵極電流之間的良好退耦保證了發射機在高頻端也能穩定工作。

射頻末級槽路采用3Π網絡，它實現阻抗變換、濾除高頻諧波分量和阻抗匹配。射頻末級屏極負載阻抗為190歐姆，而射頻末槽路輸出阻抗為50歐姆，所以先由第一節Π網絡將190歐姆變換到150歐姆，由第二節Π網絡將150歐姆變換到75歐姆，最后由第三節Π網絡將75歐姆變換到50歐姆不平衡輸出，經VHF甚高頻濾波器濾除高次諧波后，再經不平衡/平衡轉換器將50歐姆不平衡變成200歐姆平衡輸出，送到200至300歐姆阻抗變換傳輸線，最經饋線到天線發射電波信號。

圖1 射頻末級輸出網絡簡圖

輸出網絡是一種低通結構，由3節Π網絡（7個電抗元件）組成，主要功能有：丙類工作狀態下的能量存儲作用（用品質因數Q體現）；阻抗變換作用（由電子管屏極的190Ω轉換至負載阻抗50Ω）；對諧波進行衰減。3Π網絡實現諧振、阻抗變換和濾波功能，用于把輸出阻抗（饋線阻抗）變換為射頻末級電子管所需的等效屏極阻抗，同時諧振于工作頻率，濾除諧波。用3Π網絡把輸出阻抗變換為發射機要求的屏極阻抗，同時也用作諧波濾波器。串聯電感設計成調諧線，寄生分量很小，使得任何諧振干擾頻率都遠高于工作頻率。第一個電容C251在高頻端應斷開。因為射頻末級工作在高效率的丙類狀態，電子管負載阻抗應呈現并聯諧振特性。帶通結構和低通結構均能滿足上述要求，但選擇了低通結構主要是考慮到機械結構設計簡潔的特點，就是電容均是直接接地，而電感則是串聯連接。3Π網絡的電感采用調諧線結構，分布參數很小，使得寄生振蕩頻率遠高于工作頻率，便于VHF甚高頻濾波器濾除。

2 射頻末級電子管工作狀態的基本參數

射頻末級電子管采用TH576，其基本參數如下：燈絲電壓Uf：17.6 V±2%V，燈絲電流 If：880A,屏耗 Pa,簾柵耗 Pg20,柵耗 Pg1。 射頻末級電子管的屏壓Ea=13.7kV，簾柵壓Eg2=1250V（簾柵壓電源整流器輸出電壓約為1830V，在簾柵饋電電路中接有限流電阻R221=138Ω和簾柵調幅阻流圈L221。對于四極管來說，L221起屏簾同調作用）。柵偏壓Eg1=-750V，它由固定偏壓Vg1V2=-450V和柵漏電阻R45上產生的自生偏壓-300V兩部分合成。

3 射頻末級的計算

利用圖解法計，從電子管的實際特性曲線出發，逐點計算，電子管在特性曲線上的負載線，對末級諧振呈純阻時，則是一條直線。因此任意選擇直線上的兩點，就可以在恒流曲線平面圖上做出負載線來。由回路方程可知，當Ep、Eg、Up、Ug四個量確定后，則負載線或工作狀態就定下來了。所以，圖解法一般取Ep、Eg、Up、Ug四個量為自變量。選定 Ep、Eg后，當 Up=0、Ug=0 時，ep=Ep，eg=Eg，于是在恒流曲線平面上確定靜態工作點Q；然后在選取合適的Up、Ug值，由epmin=Ep-Up、egmax=Eg+Ug在恒流曲線平面圖上確定端點A，連接AQ即負載線。實際上，放大器設計的好壞，主要是Ep、Eg、Up、Ug四個量是否恰當。

以下是十三點計算法：就是把激勵電壓的半個周期分成十二等份，則每個等份為15°,十二等份共有十三個點,故稱十三點算法。工作點A的eamin選取應考慮兩個因數：一是屏極利用系數ξ≥0.9～0.95，eamin選取得越低，屏極效率η越高；二是eamin必須大于Eg2=1250V，否則電子管電流分配不合理。因此取eamin=1300V。在載波狀態下，柵偏壓Eg1=-750V，柵極激勵電壓的幅度Ugm=1050V。因此取egmax=Ugm+Eg1=1050V+（-750）V=300V。見圖2十三點圖解法：

圖2 十三點圖解法

3.1 采用十三點法詳細計算

從恒流曲線中，可量得負載線AQ的長度L=33.6mm，然后在AQ上取 A、B、C、D、E、F、Q 七個點， 使 BQ=L·cos150=0.966L，CQ=L·cos300=0.866L，DQ=L·cos450=0.707L，EQ=L·cos600=0.5L，FQ=L·cos750=0.259L。并依次讀出 A、B、C、D、E、F、Q 各點的屏流、簾柵流和柵流的數值見表1。

表1 負載線上的各點相應的ia、ig2、ig1值(egmax=300V)

3.2 根據公式進行計算

3.3 采用十九點法介紹

如果把激勵電壓Ug半個周期π分為十八等份，則每等份為10°，同樣十八等份有十九個點，故稱十九點算法。

依此類推，由于十九點算法等分點數多，其他計算誤差小，更準確。

4 結束語

本文針對發射機射頻末級工作狀態進行了簡單計算，能夠更清楚的了解發射機射頻末級的工作運行狀態,如果此負載線計算結果不符合要求，可重新選擇基準值。