500kW短波发射机射频末级工作状态的计算

刘 玮

（国家新闻出版广电总局五九四台，陕西 咸阳712028）

0 引言

500kW短波发射机射频部分包括一个合成器，一个固态预放大级，驱动级和匹配网络，高末级和输出电路。在经济、稳定的前提条件是在设计上尽可能少用电子管，电子管仅用于半导体器件不可替代的地方或考虑到经济性，仅驱动级和末级各用一个电子管，同时PSM调制器全部都用半导体器件。计算射频末级能更直观的了解射频末级的工作状态。

1 射频末级工作原理简介

TSW2500型发射机射频末级的原理见图1所示。它的射频末级电子管采用金属陶瓷四极管TH576，阴极接地电路，具有功率增益高，所需推动功率小的特点。驱动级屏极输出与末级管栅极之间通过Π网络匹配，Π网络L和C可调，末级管的输入电容当作Π网络的输出电容，它对于每个频率是变化的。驱动级功率理论上用于驱动末级和补偿线路损耗，末级管要求很小的栅流，用于保证末级工作于稳定的C类饱和状态。电源退耦是用一个套在RF末级电子管屏极上的圆筒形耦合（隔直）电容C250来实现的。这种结构设计紧凑，引线电感很小。末级电子管TH576是超蒸发冷却陶瓷四级管。阴极和栅极电流之间的良好退耦保证了发射机在高频端也能稳定工作。

射频末级槽路采用3Π网络，它实现阻抗变换、滤除高频谐波分量和阻抗匹配。射频末级屏极负载阻抗为190欧姆，而射频末槽路输出阻抗为50欧姆，所以先由第一节Π网络将190欧姆变换到150欧姆，由第二节Π网络将150欧姆变换到75欧姆，最后由第三节Π网络将75欧姆变换到50欧姆不平衡输出，经VHF甚高频滤波器滤除高次谐波后，再经不平衡/平衡转换器将50欧姆不平衡变成200欧姆平衡输出，送到200至300欧姆阻抗变换传输线，最经馈线到天线发射电波信号。

图1 射频末级输出网络简图

输出网络是一种低通结构，由3节Π网络（7个电抗元件）组成，主要功能有：丙类工作状态下的能量存储作用（用品质因数Q体现）；阻抗变换作用（由电子管屏极的190Ω转换至负载阻抗50Ω）；对谐波进行衰减。3Π网络实现谐振、阻抗变换和滤波功能，用于把输出阻抗（馈线阻抗）变换为射频末级电子管所需的等效屏极阻抗，同时谐振于工作频率，滤除谐波。用3Π网络把输出阻抗变换为发射机要求的屏极阻抗，同时也用作谐波滤波器。串联电感设计成调谐线，寄生分量很小，使得任何谐振干扰频率都远高于工作频率。第一个电容C251在高频端应断开。因为射频末级工作在高效率的丙类状态，电子管负载阻抗应呈现并联谐振特性。带通结构和低通结构均能满足上述要求，但选择了低通结构主要是考虑到机械结构设计简洁的特点，就是电容均是直接接地，而电感则是串联连接。3Π网络的电感采用调谐线结构，分布参数很小，使得寄生振荡频率远高于工作频率，便于VHF甚高频滤波器滤除。

2 射频末级电子管工作状态的基本参数

射频末级电子管采用TH576，其基本参数如下：灯丝电压Uf：17.6 V±2%V，灯丝电流 If：880A,屏耗 Pa,帘栅耗 Pg20,栅耗 Pg1。 射频末级电子管的屏压Ea=13.7kV，帘栅压Eg2=1250V（帘栅压电源整流器输出电压约为1830V，在帘栅馈电电路中接有限流电阻R221=138Ω和帘栅调幅阻流圈L221。对于四极管来说，L221起屏帘同调作用）。栅偏压Eg1=-750V，它由固定偏压Vg1V2=-450V和栅漏电阻R45上产生的自生偏压-300V两部分合成。

3 射频末级的计算

利用图解法计，从电子管的实际特性曲线出发，逐点计算，电子管在特性曲线上的负载线，对末级谐振呈纯阻时，则是一条直线。因此任意选择直线上的两点，就可以在恒流曲线平面图上做出负载线来。由回路方程可知，当Ep、Eg、Up、Ug四个量确定后，则负载线或工作状态就定下来了。所以，图解法一般取Ep、Eg、Up、Ug四个量为自变量。选定 Ep、Eg后，当 Up=0、Ug=0 时，ep=Ep，eg=Eg，于是在恒流曲线平面上确定静态工作点Q；然后在选取合适的Up、Ug值，由epmin=Ep-Up、egmax=Eg+Ug在恒流曲线平面图上确定端点A，连接AQ即负载线。实际上，放大器设计的好坏，主要是Ep、Eg、Up、Ug四个量是否恰当。

以下是十三点计算法：就是把激励电压的半个周期分成十二等份，则每个等份为15°,十二等份共有十三个点,故称十三点算法。工作点A的eamin选取应考虑两个因数：一是屏极利用系数ξ≥0.9～0.95，eamin选取得越低，屏极效率η越高；二是eamin必须大于Eg2=1250V，否则电子管电流分配不合理。因此取eamin=1300V。在载波状态下，栅偏压Eg1=-750V，栅极激励电压的幅度Ugm=1050V。因此取egmax=Ugm+Eg1=1050V+（-750）V=300V。见图2十三点图解法：

图2 十三点图解法

3.1 采用十三点法详细计算

从恒流曲线中，可量得负载线AQ的长度L=33.6mm，然后在AQ上取 A、B、C、D、E、F、Q 七个点， 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。并依次读出 A、B、C、D、E、F、Q 各点的屏流、帘栅流和栅流的数值见表1。

表1 负载线上的各点相应的ia、ig2、ig1值(egmax=300V)

3.2 根据公式进行计算

3.3 采用十九点法介绍

如果把激励电压Ug半个周期π分为十八等份，则每等份为10°，同样十八等份有十九个点，故称十九点算法。

依此类推，由于十九点算法等分点数多，其他计算误差小，更准确。

4 结束语

本文针对发射机射频末级工作状态进行了简单计算，能够更清楚的了解发射机射频末级的工作运行状态,如果此负载线计算结果不符合要求，可重新选择基准值。