DF500A型广播发射机射频末级分析与研究

王铁英（国家新闻出版广电总局二〇二四台，黑龙江佳木斯，154025）



DF500A型广播发射机射频末级分析与研究

王铁英
（国家新闻出版广电总局二〇二四台，黑龙江佳木斯，154025）

摘要：DF500A型短波发射机射频末级是发射机的射频电路设计的核心单元，是发射机能否稳定运行的基础和关键。深入研究分析其运行机制和原理有助于提升维护与管理水平，增强驾驭安全传输发射工作的能力。

关键词：发射机；射频末级；中和电路；鉴相电路

0　引言

国产DF500A型500KW PSM调制短波广播发射机射频末级是发射机实现射频信号放大和信号调制的关键部件，同时也是发射机调试的重点和难点，该系统设计是否科学合理决定着发射机是否能稳定运行的基础。

1　射频末级概述

射频驱动级电子管屏级输出与射频末级电子管栅极之间通过一个Π网络匹配，Π网络中的电感L133(MP4)和C133(MP2)可调，射频末级管的输入电容当做这个Π网络的输出电容，它对于每个频率是变化的，发射机换频时要调整该Π网络。

射频驱动级输出功率主要用于驱动射频末级和补偿线路损耗。射频末级采用阴地电路，正常工作时栅流很小，以保证射频末级管稳定的处于丙类过压状态。射频末级和其输出网络之间的射频耦合是通过隔直电容C250来实现的，该电容呈圆筒状，套在射频末级管屏级上。这种结构设计紧凑，引线电感很小。

射频末级电子管TH576是特超蒸发冷却陶瓷四级管，阴极和栅极采用特殊结构设计，减小了栅阴之间的极间电容，从而保证了发射机在高频端也能稳定地工作。

图1　射频末级简图

2　射频末级设计原理

射频末级电子管将激励信号和音频信号进行叠加，进而转换为射频能量，通过发射机的天线交换矩阵和同相水平天线发射出去。高末电子管采用的是阴地线路结构，这种接线方式，可以有效简化高末电子管帘栅极的退耦电路。

2.1 射频末级基本结构

发射机射频末级采用的是超蒸发冷却陶瓷四极管（TH576），该电子管工作在C类状态，并且可以工作在无栅流状态，其驱动功率只是用于补偿输入匹配线路的损耗。但是，为了使电子管工作在稳定的饱和C类状态，其栅流一般额定设计电流约为2A，激励功率约为3～4KW，栅极偏压约为负800V，其额定载波输出功率为500KW，屏级阻抗约为190Ω。射频末级简图如图1所示。

输入匹配网络设计在射频驱动级和射频末级之间，主要是实现提供阻抗匹配的作用，它是由电容C133和电感L133构成的Π型射频网络，高末电子管的栅阴极间电容就相当于其输出电容量。其中，C133 和 L133是可调谐元件，其自动调谐主要依据额定栅流和鉴相信息PHI1来进行。C140A和C140B构成Π中和结构，主要用来降低放大器的反馈作用，这种结构具有很好的中和调谐能力。

音频信号由PSM放大器放大，送入末级电子管作为屏极的电源电压，屏极调制时这个电压从0–28 kV变化，帘栅极同样也需要调制，这是由帘栅极同调阻流圈L221来完成的，调制度大约为60%。

射频能量耦合到输出网络是经过一个2 nF / 45 kV的电容C250来完成的。

2.2 射频中和电路分析

射频末级管V2采用阴极接地电路，且帘栅极通过薄膜电容进行射频接地，各极间分布电容等效示意图如图2所示。其中，高末电子管屏级的输出等效分布电容Cout可归入末级网络内计算，同时，屏极-帘栅极等效分布电容Cag1、等效栅阴极输入电容Cin和射频末级输入网络及中和电容C140A、C140B一起构成射频末级中和电路。

图2　高末管极间分布电容等效示意图

射频末级输入网络由真空电容C133、盘型线圈L133和高末电子管等效栅阴极输入电容Cin组成，其主要作用是进行阻抗匹配和滤波。根据发射机控制系统的调谐指令C133和L133执行粗调谐定位，之后，根据栅流IG1V2的额定值和射频驱动级的相位信息进行细调谐。

图3　射频末级输入网络和射频末级中和电路原理图

高末电子管中和电路的主要作用是消除与工作频段的寄生振荡，其原理图如图3所示。当C140、Cag1、C133和Cin构成的电桥达到平衡条件时，即满足C140/C133=Cag1/Cin时，该电桥对角线A-K和A-g1之间互不影响，这样，屏级回路和栅极回路实现隔离，没有反馈和直通，从而实现中和之作用。这样就可以有效防止寄生振荡，提升其工作的稳定性。另外，虽然g1-K之间有反馈，但属于负反馈，不会形成寄生振荡。

2.3 射频末级输出网络分析

射频末级输出网络是一种低通结构，由3个射频Π网络构成，如图4所示。发射机射频3Π网络主要作用是实现谐振、阻抗变换和滤波功能。一方面，把射频输出阻抗转换为射频高末电子管所需的等效屏级阻抗；另一方面，是网络谐振于工作频率，滤出高次谐波。由于射频高末电子管工作于高效率的丙类状态，电子管阻抗应呈现并联谐振特性。高末射频3Π网络的电感采用的是调谐线结构，这种结构的特点是分布参数很小，并且这种结构产生的寄生振荡频率远高于其工作频率，这样通过后级的甚高频滤波器就可以进行有效滤除。发射机控制系统通过自动调谐电感L271和电容C275可以优化发射机运行状态和驻波系数。

3　鉴相电路分析

电子管高频调谐放大器工作于调谐状态时，其屏级电压和栅极电压之间的相位差为180°，失谐时则不等于180°。鉴相器电路对这种相位差进行鉴别，180°相位差时鉴相器输出零信号，否则输出正电压信号或负电压信号。

图4　射频末级输出网络

末级的鉴相电路鉴别的两个矢量电压的相位差为90°时，鉴相器的直流输出信号电压为零。假设大于90°时输出为正电压信号，那么在小于90°时则输出负电压信号，并且在相位差数值较小时，输出电压的绝对值与相位差的绝对值成比例。输出电压大小的改变控制电机改变转动速度，鉴相器输出为零时电机停止转动。不同调谐状态下的矢量图如图5所示。

3.1 基本原理

鉴相器对射频信号进行数字化处理，它测量两个输入信号间的相位作为一个绝对值，对相位调制也是一样的。相位信息PHIDC是一个纯直流信号，而相位调制信号PMAC是一个添加了音频信号的直流电压。两种信息信号的输出都是有效的。

两路信号Ug(参考)和Ua在经过比较器数字化后，再经由2D触发器组成的数字鉴相电路中互相进行比较。结果使信号已经包括了脉宽形式的相位调制脉冲。这些信号相减：Uphi=Ug-Ua，再通过两级滤波。在经过第一级滤除后信号PMAC就是有效的了，而信号PHIDC是在后面的低通之后出现的。在数字信号处理的范围内（ECL逻辑），为了不产生任何信号失真，所有信号线都被设计成50Ω线，接终端负载。

3.2 取样电路分析

输出信号PHIDC通过取样放大板A10送到调谐控制器，如图6。

（1）输入电路

来自两个分压器的输入信号（Ug和Ua）通过相同的-3.5dB衰减器后被送至比较器。射频线上的电平也因为这个测量而升高了，由此获得了一个更高的信噪比。衰减器之后的输入信号通过二极管进行保护。

射频信号电平值是以此方式来决定的，就是比较器允许的输入电平在m=1时正好被获得；而在载波模式下两个输入信号有着相同的值。

对屏极信号的比较器拥有一个可调偏移补偿以为了在尽可能宽的屏压范围上获得完整的检测。在调幅度升高至90%以上后可获得无干扰的测量，因此问题可能仅是在调制谷底才会遇到。

输出是和随后的检测电路（ECL电平）相匹配的。

（2）鉴相器

数字鉴相器以两个触发器工作，这两个触发器都是依靠时钟输入从数字化射频信号来设置的。输出连接到一个EX-OR门，同时还设置了返回触发器。为了确保关于相位信息信号的电路的明确性，依靠Ug信号的负边沿，触发器附加了复位功能。延迟是通过3个串联门电路和一个RC电路实现的，而两个复位的连接是通过一条线或电路来获得的。

（3）鉴相电路

鉴相器的两个数字输出信号依靠RC低通滤波器（fg<72kHz）送至一个模拟减法器电路，与此同时，它们在那里被放大了10倍。在输出端一个与相位调制成比例的音频信号和绝对相位信息（直流）是有效的。这个信号在随后一级中再次被滤波（fg<3.4Hz），然后被放大至40mV/deg。

4　结束语

DF500A型短波广播发射机的射频末级是发射机的核心单元，深入分析和研究其运行工作机制和原理是调试发射机运行指标的关键，掌握发射机射频末级的调试技术和分析方法可以有效提升发射机运行的稳定程度，具有很强实际应用推广价值和意义。

图5　不同调谐状态下的矢量图

图6　取样电路

Analysis and Research of RF Final Driver of DF500A broadcast transmitter

Wang Tieying
（State administration of press，publication，radio，film and television 2024 Radio station，Jiamusi，154025）

Abstract：Type DF500A shortwave transmitter RF final driver is the core of the transmitter of RF circuit design,it is the basis and key to stable operation of the transmitter.To help promote in-depth research and analysis the operation mechanism and principle of maintenance and management level,enhance the ability of control the safe transmission launch work.

Keywords：transmitter;RF final Driver;Neutralization circuit;Phase discriminator circuit