大功率广播发射机的网络匹配及维护

田曙光

国家新闻出版广电总局594台　陕西省　咸阳市　712028



大功率广播发射机的网络匹配及维护

田曙光

国家新闻出版广电总局594台陕西省咸阳市712028

【摘要】本文通过π型匹配网络基本计算公式，阐述了π网络的工作原理，并结合大功率广播发射机中应用的π型伺服匹配网络故障，提出设备基本维护思路和方法。

【关键词】广播发射机π网络匹配故障维护

引言

π型匹配网络在大功率广播发射机的阻抗匹配电路中得到了广泛使用，而匹配网络是否正常有效工作直接关系到广播发射机能否安全稳定运行。本文从π型匹配网络的阻抗匹配计算入手，分析了π网络的基本工作原理，并结合DX-600全固态发射机中使用的π型伺服匹配网络故障实例，提出广播发射机匹配网络维护的思路和方法。

1　π型网络的工作原理

1.1π网络

在电路传输中为了达到最大功率传输或者无失真传输，必须要保持源内阻和负载阻抗的匹配，这就需要在信号源与负载之间接入匹配网络来实现。

常见的匹配网络有L型、π型、T型等几种，其中π型网络由于具有滤波度高、可变化阻抗范围宽和适用于大功率、低Q值等优点，在大功率广播发射机中得到广泛使用。

π网络的一般电路形式如图1（a）所示，可见它由2个L型匹配电路构成。为了实现匹配，电路中三个电抗元件XS、XP1、XP2的性质不能完全相同，须有一个是异号电抗。

图1　（a）π网络电路

π网络的电路构成形式有多种，其中图1（b）所示电路由于具有电路简单、调整方便、滤波性能好等特点，是最常见最实用的一种匹配电路。DX-600广播发射机中的多个匹配电路均采用了此种结构的π网络。

图1　（b）π网络电路

1.2π网络的匹配

小波域信号重构算法应用到地震资料特殊处理中，使得目的层地震分辨率明显提高，储层横向连续性增强，同时延续了地震资料的保真度，为地震资料的精细解释和进一步的研究奠定了资料基础。小波变换作为信号处理的一种新方法，其本身固有的算法优势，已经在地震资料处理中得到了验证。小波变换无论在新的理论研究还是在地震勘探应用方面都有着广阔的发展前景。

将π网络作如图2所示的变形，表示为两个L型网络相串联的形式。其中，XP1和XS1组成1 个L型网络，分别以RS和RX为信号源内阻和负载，XP2和XS2组成另1个L型网络，分别以RX 和RL为信号源内阻和负载。这里的RX为假想的中间电阻。

图2　π网络匹配简图

对第一个L型网络：

对第二个L型网络：

由此可以看出，在已知RL、RS、Q1和工作频率f的条件下即可计算出XS、XP1、XP2的值，并以此确定相应的电感和电容量。也就是说，在确定π网络输入端与输出端待匹配的阻抗条件下，只要选定合适的Q1值，在选定工作频率下通过调整XS、XP1、XP2的容量值，就可以实现既定条件的阻抗匹配，达到预期的传输条件。

2　DX-600型广播发射机的π型伺服匹配网络

2.1DX-600发射机匹配网络

DX-600全固态发射机由3个具有独立的电源、射频、音频、控制、监测系统的PB（POWER BLOCK）单元，1个并机网络及1套TCU（TRANSMITTER CONTROL UNIT）组成，如图3所示。其中，每个PB单元均可输出200KW射频功率，并机网络将三个PB单元输出的射频功率进行合成，输出600KW射频功率至天馈线系统，而TCU则实现对PB单元的最高级别控制和并机网络的控制。

图3　DX-600发射机系统简图

DX-600发射机具有灵活的工作模式，可以自由采用N-0和N-1模式工作，即三个PB单元可以同时接入并机网络，输出600KW功率，也可将任一个PB单元关闭，其余两个PB单元接入并机网络，则输出400KW射频功率。

由于每个PB单元的输出阻抗固定不变，发射机在N-0模式和N-1模式下并机点的阻抗是不同的，需匹配的天馈线特性阻抗是固定不变的。为了实现不同工作模式下的阻抗匹配，使用了π型伺服匹配网络，实现模式切换时对伺服网络电容进行重新调整，以达到新模式下的阻抗匹配。可调真空电容器C90、C91A、C91B及空心电感L2组成了π型伺服匹配网络，如图4所示。

图4　DX-600发射机并机网络图

2.2伺服系统工作原理

以DX-600中波发射机伺服控制系统为例，整套伺服分为控制器、伺服驱动马达、反馈电位器三部分，如图5所示。

伺服系统位置电位器R1与伺服驱动马达B1相连接，伺服驱动马达转动时，伺服电位器随之转动。伺服控制器输出的10V电压经电位器R1分压，得到伺服位置反馈电压送回伺服控制器，在误差计算器中，通过与当前工作模式下预定设定值进行误差计算，形成伺服系统升降控制信号驱动伺服马达。

DX-600发射机并机网络有两种工作方式，即N-0和N-1方式。随着工作方式的变化，伺服控制器板中的伺服位置预设值随之改变，伺服位置反馈电压与预设值相差较大，经误差计算器计算后形成驱动信号，驱动马达调整伺服网络电容。与此同时，位置电位器R1位置改变，反馈电压改变。当反馈电压与预设值一致时，经误差计算认为伺服系统达到预定位置，伺服控制器不再发出伺服升降驱动信号，则网络电容调整完成。

图5　DX-600发射机伺服系统简图

在DX-600发射机运行中，当其中任何一个PB单元发生故障关闭时，并机网络工作模式将由N-0方式切换为N-1方式。由于工作模式切换，合成器输出匹配网络的输入端阻抗将发生改变，此时就需要通过伺服系统的协同工作，改变伺服网络电容的位置，以达到新的工作方式下输出网络的匹配。

2.3伺服网络匹配异常对发射机的影响

由伺服系统工作原理可知，伺服系统的可靠性直接关系网络匹配的准确度和发射机运行的稳定性。在模式切换过程中，一旦伺服系统发生故障，输出匹配网络电容将无法调整到预设的位置，导致输出网络失配，发射机的输出功率将不能有效传输到天馈线系统，发射机天线和网络驻波比激增越限，最终导致发射机保护关机。

在DX-600发射机的日常运行中，需经常在N-0和N-1模式之间切换，极易引起伺服系统故障，导致匹配网络失配。在日常维护中，π网络伺服系统作为维护工作中的重点，需要强化维护力度和质量，确保伺服系统工作稳定可靠。

2.4伺服系统故障实例

2.4.1故障现象

在DX-600发射机运行中，N-0模式工作正常。因某一PB单元故障切换为N-1模式工作时，发现在线工作的两个PB单元载波功率均增加为250KW，功放末级电流增加到近1100A，发射机总反射功率增加为3KW，天线和网络驻波比均不同程度增大。而正常状态下PB单元载波功率为200KW，功放电流860A，反射功率为0KW。

2.4.2故障处置

由于在线的两个PB单元功放末级电流同时增加约250A，且发射机反射功率、天线驻波比、网络驻波比不同程度增大，说明两个PB单元均工作在严重失配状态，判断故障点可能发生在并机网络中的公共部位，即伺服匹配网络。

关机后打开输出匹配网络机柜，拆开电容与线圈的连接铜管，测量输出匹配网络输出端电容的电容量，测得2只并联电容总容量为1500PF，而N-1模式下该组电容容量应为600PF，证实N-1模式时输出匹配网络处于失配状态。进一步检查发现，在N-1 与N-0模式切换时，C91A与C91B的驱动伺服组件转动正常，但仔细观察发现电容C91A转轴未与伺服驱动组件同步转动，后查为电容C91A转轴与伺服组件连接铰链固定处固定螺栓松脱。如图6所示。

最终确定故障原因为，伺服驱动组件与真空电容连接处固定螺栓松脱，导致模式切换后真空电容未调整至预设位置，使得伺服匹配网络工作在失配状态。伺服匹配网络失配后逐级反馈至PB单元，表现为每个单元负载阻抗的变化，导致射频功放电流剧增。将伺服匹配网络输出端真空电容按原始数据进行重新调整，并紧固伺服驱动组件连接铰链与真空电容转轴连接处的固定螺栓，恢复其余部件后高功率开机，发射机工作正常。多次切换N-1模式，各单元及整机工作状态全部恢复正常。

图6　真空电容伺服驱动组件简图

3　匹配网络的维护和调整

故障处理后，结合设备运行特点，采取了多种思路和方法，加强了发射机伺服匹配网络的例行维护，以确保发射机稳定运行。

（1）注重伺服匹配网络的测试检查，除定期测试记录匹配网络元件参数外，还利用网络分析仪或者阻抗电桥等先进仪器定期对输出匹配网络匹配状况、天馈线系统阻抗等相关网络参数进行精确测试记录，发现参数偏离的及时调整，确保匹配良好。

（2）常规维护中，加强对伺服匹配网络驱动组件及连接部位的检查维护。定期紧固伺服驱动组件的各类固定螺栓，定期检查伺服电位器控制接线，确保安全可靠。

（3）定期检查伺服驱动组件转动部件的润滑情况，并及时加注润滑油；定期检查伺服驱动组件皮带的运行状况，保证松紧度合适，换季或气温剧变时，及时调整皮带的松紧度。

（4）定期进行N-0和N-1模式的切换，观察伺服驱动组件各部位及真空电容转动情况，确保运行可靠。

（5）定期对伺服匹配网络的真空电容器进行高压试验，雷电天气后及时检查真空电容器的真空度及耐压情况，确保真空电容性能良好。

（6）伺服匹配网络为高电压大电流部位，应增加例行检查的频次，以避免出现打火、过热等情况发生。

结束语

深入分析设备的基本工作原理，掌握技术设备的运行特征，是做好技术维护工作的根本原则。希望通过本文的剖析，对广播发射机相关电路的检修维护有所帮助。

参考文献

［1］孙景棋.《通信广播电路原理与应用》［M］.北京：北京工业大学出版社，2003.

［2］赵震初.《无线电技术基础》［M］.天津：天津科学技术出版社，2000.

［3］张学田.《广播电视技术手册》—第6分册《发射技术》［M］.北京：国防工业出版社，2000

［4］苏英智、丁冬宜编著，黄济民审核；《中短波电波传播和天线实用手册》；广播电影电视部无线电台管理局，1987

审稿人：严志刚内蒙古新闻出版广电局包头广播发射中心台正高级工程师

责任编辑：王学敏

【中图分类号】TN934.81

【文献标识码】B

【文章编号】2096-0751（2016）05-0021-05

作者简介：田曙光国家新闻出版广电总局594台高级工程师