DF100A發射機末級槽路的計算與仿真

摘要：DF100A發射機末級槽路的選取及各頻率的位置對發射機安全播出具有非常重要的影響。文章主要對末級槽路進行了計算，并結合Smith仿真，進行了簡單分析，對維護人員有一定的參考意義。

關鍵詞：DF100A發射機;末級槽路;仿真

中圖分類號：TN934.1? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0268-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Calculation and Simulation of the Upper Network of DF100A Transmitter

YANG Jin-cai

（State Administration of Press Publication ，Radio， Film and Television 491，Beijing 100121，China）

Abstract：The selection of the upper network of DF 100A transmitter and the position of each frequency are very important to the safe broadcast of transmitter. In this paper， the upper network is calculated and analyzed in the light of Smith simulation， which has some reference significance for maintenance personnel.

Key words：DF 100A transmitter; the upper network; Simulation

DF100A發射機的核心器件是高末級電子管， 目前市場上主要有美國愛瑪克公司的4CV100，000、北京京東方的FU3124ZA、成都旭光的FD003Z這三種類型的電子管，由于各廠家生產的管子工作參數、特性不同，對應的槽路匹配網絡也要做相應的調整，才能使功率最大限度地傳送出去，因此深入研究學習末級槽路匹配網絡是非常有必要的。

DF100A發射機末級槽路有諧振、濾波，阻抗變換的作用。采用π倒L網絡進行調配，主要有幾方面優點：j 所需元器件較少，結構簡單。k 調諧元件少，調諧方便。l? 阻抗變換能力強。m π網絡的兩電容臂有較好的濾波能力[1]。除此之外，π網絡的電感采用波段形式，雖不能連續調諧，但能滿足DF100A發射機所要求頻段內所有頻率，這樣就為調整網絡帶來了極大的方便，同時，槽路電感采用三根短路棒短路線圈的模式來改變感量，并將不用部分短路在零磁場內，在一定程度上保證了發射機的穩定工作。

1槽路計算

DF100A發射機的槽路既提供載波通路，又能匹配阻抗，即當槽路輸入阻抗Zin與末級電子管屏級的輸出阻抗Roe共軛匹配時，則能實現75Ω負載的最大輸出功率，且末級電子管的屏級損耗最低，效率最高。

圖1所示為高末槽路網絡原理圖，圖中電子管選用4CV100，000，其屏級輸出特性阻抗為800Ω，圖中與地連接的電感為屏級阻流圈，其電感量大約在2E-5H左右;與地連接的電容為屏級分布電容，其電容量大約在1E-10F左右;C35為隔直鍋電容，其電容量大約在2E-09F左右;串聯在通路上的電感為引線電感，其電感量大約在1E-07H左右[2]。DF100A發射機采用了多種方式來減小這些分布電感和電容對槽路的影響，比如360度的隔直電容、3L12將不用的電感短路于零磁場內等。

由于這些電容量電感量均特別小，不會對槽路的通頻帶及阻抗變換產生質的影響，因此我們在計算的時候可以忽略不計。在實際維護發射機的過程當中，由于屏級阻流圈靠近電子管，它會在某個在播頻率的高次諧波上產生震蕩，引發打火，我們可以通過改變匝間距離來破壞震蕩條件，從而避免打火。

圖1中C36為調諧電容，由 兩個30～650pF的可變電容并聯而成，C38為調載電容，由兩個100～200pF的可變電容并聯而成，L12可分為11個波段，根據設計參數，不同的頻段選擇不同的波段來進行粗調，π倒L網絡負載為75Ω純阻。

由于倒L網絡只有1個電容臂，且輸入阻抗100Ω，輸出阻抗75Ω，因此Q值是確定的，故調諧元件L13是固定的。本文通過選取3.9M和22M兩個DF100A發射機極端頻率進行計算來說明問題，計算過程會用到如下公式：

（1） 在串并聯網絡中，容抗、感抗與Q值的關系：

（2） 輸入輸出阻抗與Q值的關系：

（3） 容量、感量與容抗、感抗的關系：

根據上述計算公式，利用Excel強大的運算功能，編輯公式進行計算，當取不同Q值時的結果列于表1、表2中。

表1、表2已將槽路在特定頻率下，在不同的Q值選取下，各可變調諧調載元件的電容量與電感量計算出來了，通過與實際使用值進行對比，我們可以了解在用槽路的Q值及各元件的邊界情況，對我們實際維護發射機有很大幫助，從上表的計算結果也可以看出，Q值的選取對槽路的影響是非常大的。在3.9MHz時，當Q值選取26時，C36 、C38就會超過設計電容的容量。在22MHz時，當Q值選取26時，L12就會低于設計電感的感量。總之，Q值過低，槽路的頻帶就會過寬，導致選頻能力下降，甚至超過設計元器件的極小值（圖3中黑體標出）;Q值過高，就會導致局部電壓過高打火，甚至超過設計元器件的極大值（圖2中黑體標出），從而無法實現功率傳遞。根據計算結果及實際元件，Q值一般選取在18—24之間。

當工作頻率為3.9MHz時，C36 、C38值為最大，應分別滿足兩個調諧、調載電容的最大值之和。當工作頻率為22MHz時，C36 、C38值為最小，應分別滿足兩個調諧、調載電容的最小值之和。在整個頻段內，所有槽路調諧元件均有一定的余量。當槽路負載阻抗按駐波比（1～1.5）：1變化時，槽路經調整后仍能達到匹配。

2 仿真

2.1 仿真

史密斯圓圖主要用于傳輸線的阻抗匹配上，其本質是將無窮大的面畫在一個圓圖上。基本在于以下的算式：

Γ代表其線路的反射系數，即S11，Z是歸一負載值，即。當中，ZL是線路的實際負載值，Z0是傳輸線的特征阻抗值，本文使用75Ω，通過反射系數可以了解網絡的傳輸特征。

根據前文計算結果，使用史密斯圓圖軟件進行仿真，如圖2為22MHz時，Q值為26的阻抗圓圖，圖3為22MHz時，Q值為10的阻抗圓圖，表3、表4為阻抗圓圖上不同Q值對應的阻抗值。

如上圖及表所示，從75Ω負載通過阻抗變換軌跡到達820Ω附近，由于計算值有取舍，因此結果與高末電子管4CV100，000的額定輸出阻抗有偏差，在實際調配過程中也不完全匹配到800Ω。從圖中我們可以將每個元件的作用清晰的體現出來，維護人員可根據L12的波段性來靈活調整C36 和C38的位置，使其達到最佳匹配。另外，從圖2、圖3我們可以清晰地看到C38電容軌跡與實軸準確地相交于100Ω的等阻圓上。

前文提到過，史密斯圓圖的本質是將無窮大的面畫在一個圓圖上，越接近圓圖邊界，對應的值越大。從圖2、圖3對比可以看出，圖2的軌跡更加靠外，在調諧過程當中不易找到調諧點，容易調飛，所以，Q值的選擇不是越大越好，滿足要求即可。

2.2 關于史密斯圓圖阻抗匹配的簡單應用說明

把阻抗圓圖與導納圓圖合并使用，可以把任意阻抗點通過沿等電阻圓，等電抗圓，等電納圓和等電導圓移動而匹配到原點（即阻抗匹配點）上。不同的移動方式對應不同的元件連接。串連L，阻抗點沿著電抗刻度（即等電阻圓）右旋移動;串連C，阻抗點沿著電抗刻度左旋移動;串連R，阻抗點沿著電阻刻度（即等電抗圓）移動;并聯L，阻抗點沿著電納刻度（等電導圓）左旋移動;并聯C，阻抗點沿著電納刻度（等電導圓）右旋移動;并聯R，阻抗點沿著電導刻度（等電納圓）移動。

3 結束語

本文通過對DF100A發射機末級槽路的計算，并結合作者維護經驗，對末級槽路元件選取及日常出現的故障進行了簡單分析，同時利用Smith仿真軟件對計算結果進行了驗證。文章僅在理論層面上進行了仿真，后期，作者會通過獲取發射機在播頻率的位置進行仿真分析，可能對提高槽路效率，降低局部打火風險，提升安全播出保障有一定的現實意義。作者水平有限，如有謬論，請讀者批評指正。

參考文獻：

[1] 龔協亨.418E型100kW短波發射機高末級的分析[J].廣播電視發送與傳輸維護手冊，2003：349-360.

[2] 肖剛，張廣鑫，王磊，楊金才.TSW2500型500kW發射機末級自動調諧的研究與仿真.第二屆無線廣播技術研討會論文集[C].北京：北京日報出版社，2017（6）：261-264.

【通聯編輯：光文玲】