DF500A型发射机射频驱动级分析与研究

宋晓红（国家新闻出版广电总局二〇二四台，佳木斯，154025）



DF500A型发射机射频驱动级分析与研究

宋晓红
（国家新闻出版广电总局二〇二四台，佳木斯，154025）

摘要：DF500A型短波发射机射频驱动级是发射机的核心部件，是发射机的稳定可靠运行才基础保障。深入研究分析其运行机制和原理有助于技术人员的日常维护与管理，提升安全传输发射保障能力。

关键词：发射机；驱动级；栅地电路；定向耦合

0　引言

国产DF500A型500KW PSM调制短波广播发射机射频驱动级是发射机射频电路的基础，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，该系统主要由频率合成器、自动增益控制、射频宽放、射频驱动级输入网络、射频驱动级和射频驱动级输出网络等部分组成。

1　射频预驱动级

射频预驱动级包括频率合成器A212、自动增益控制放大器A213和射频宽带放大器A215等。其中，频率合成器是射频激励信号的信号源。

1.1 自动增益控制放大器

射频自动增益控制放大器监控着PA栅流和高前级阴流：一个来自PA栅极电路，是与PA栅流成正比的直流电压；另一个来自驱动器IPA阴极电路，是与驱动极阴流成正比的直流电压；通过射频增益控制放大器内部光电耦合器将外部干扰信号隔离，控制射频放大电路中的PIN二极管的直流偏置实现自动调节由频率合成器输出的射频电平。

这个器件的正常工作状态是限制PA栅流，通过改变射频增益控制器内射频放大电路中的PIN二极管的直流偏置实现其对射频电平的控制以维持准确电流。

若高前级阴极回路调谐不当，可能有极小栅流甚至没有栅流，但高前级阴极电流将很大，这种情况就是另一种失谐的工作状态。射频增益控制放大器就是将射频激励电平维持在高前级阴极电流的安全值范围内，这样，只要高前级阴极电流不过大，PA的栅流就准确。

图1　射频宽放框图

1.2 射频宽带放大器

宽带放大器采用MOTOROLA MRF151G场效应对管作为核心放大器件，宽放具有过压、过流、过温、入反射功率越限保护功能，并可以在液晶屏上显示其工作状态。

宽带放大器是一个固态线性功率放大器，宽带放大器作为前置放大器，其最大输出功率为500W，作为射频驱动级的激励信号，110V/220V AC通过开关电源转换为48VDC为功率模块供电。由稳压器产生15V电压为驱动模块控制系统供电。射频信号在驱动级得到45dB的增益后，通过一个功率分配器送给两个相位差为180°的300W功率模块进行功率放大。两个功率模块送出的信号经功率合成，通过驻波比监测器，最后输出额定500W的射频功率。

两只300W功率模块有温度监控，如果温度过限，会自动降低输出功率。如果宽放输出端的反射功率（负载的VSWR）超过预设值，也会降低功率输出。两种监控功能都用于保护宽放，如果系统过载时，宽放将降功率运行。射频宽放框图见图1。

频率合成器输入的激励信号经过射频增益控制，通过射频宽放放大，为驱动级提供500W射频激励信号。

1.3 定向耦合器

定向耦合器A261是一个四端口网络，其原理如图2，端口C为输入端，端口A为直通输出端，端口D为耦合输出端，端口B为隔离端。在发射机中，宽带放大器输出信号送到定向耦合器输出端C，定向耦合器输出A端接入射频驱动级输入网络，端口B接入到滤波器A271用于驱动级输入检测，端口D接50Ω标准负载。定向耦合器是一个无源元件，因此不要求有供电。

图2　定向耦合器

2　射频驱动级

射频驱动级为射频末级电子管提供激励功率。它包含驱动级电子管和它的输入网络。

射频驱动级设计为一个包含所有元件的紧凑单元，它直接位于射频末级的下面。输入电路被安排在驱动级基板下面。这个电路是一个并联谐振电路，它的电容和电感可由同一个马达调节。其灯丝变压器也位于此。屏极电源的连接和耦合电容（瓷片电容）都是装在基板上面。用于驱动级自动细调的射频探测器完全集中在此单元。

射频驱动级采用超蒸冷三级电子管CTK12-1，采用栅地线路连接方式，工作在无栅流状态，具有较高的功率放大倍数。图3为射频驱动级的简图。

驱动级工作在甲乙类，输出功率为3～4kW，阳极阻抗在阳极电压5kV时为2kΩ， L102/C102并联谐振输入网络在宽放和射频驱动级之间提供功率匹配。L102/C102同步驱动，仅需要粗调，位置由控制系统决定。

图3　射频驱动级简图

2.1 屏极供电线路

供电通路：BUS→CB61→KM61→T31→A31→射频滤波网络→屏极VaV1。

屏极供电由A31整流电源提供，经屏极射频滤波网络（L132，C132，R132，C131等组成）后送到电子管屏级。整流器输入端经过电源变压器T31连接到发射机配电机箱内的380VAC电源上，整流器的输出电压通过滤波电感L31（1H/2.5A）和滤波电容C32a–C32d（4×5u，共20u）滤波后输出屏极所需的直流电压5kV。

C263（5×22pF）与A263（前级相位取样板）组成电容分压网络，将驱动级屏极射频电压分压取样，提供给鉴相器1（驱动级）和鉴相器2（射频末级）使用。C130（1000pF）则是输出隔直耦合电容。

2.2 灯丝供电线路

供电通路：BUSB→CB20→KM21→T216（灯丝调压器）→CB22→T101→供给前级灯丝。

电子管CTK-12-1采用交流灯丝供电，由变压器T101供给，变压器T101的初级供电由灯丝调压器T21提供，同时还为射频末级电子管TH576的灯丝供电；灯丝电压是线性缓慢地升降，防止电子管阴极瞬态加载带来的机械应力而损坏。

由于驱动级是栅地线路结构，射频信号从阴极输入，所以灯丝变压器采用了一个特别绕制的变压器T101，它有着很强的射频退耦性能，再配合退耦电容E101和E102（2×0.01u，350V－/220V）的作用，可以有效的保护电源不受射频干扰。

R101（10欧姆/20瓦）和RS5用于给灯丝变压器T101次级提供一个直流和低频电流中心点，减少灯丝引起的噪音。

C100（15N，750V）是驱动级输入隔直耦合电容。

灯丝电源是通过控制系统发出“灯丝（黑灯丝或红灯丝）”指令来开启的。驱动级灯丝电压可随时显示在控制监视屏上。

2.3 栅地线路分析

栅地线路见图4，由于栅极接地，所以起到了输入回路与输

图4　栅地线路

出回路之间的屏蔽作用；并且输入和输出之间的耦合电容只有Cak，Cak又较Cag小好多倍，因此，共栅极电路的直通和反作用比共阴极电路小得多，基本上消除了直通和反作用；在这种情况下，共栅极电路可以不用中和就能在短波段内稳定地工作。

输入阻抗小，且恒定（优点）输入阻抗很小，有利于本级稳定。需要激励功率大，所以放大器的功率放大系数变得较小，通常约为4～7倍。

板极电路负载阻抗上的高频电压Uk是高频板极电压Ua与激励电压Ug之和，即Uk=Ua+Ug

（1）负载上得到的高频有效功率P～

P～ = 1/2 Ia1Uk = 1/2 Ia1Ua + 1/2 Ia1Ug = P1 + △P1

其中：

P1 = 1/2 Ia1Ua是电子管板极输出的高频功率；

△P1 =1/2 Ia1Ug是从前级直接送到负载中的高频功率。

通常P～比P1大10%-15%，所以共栅电路的输出功率可能大于本级电子管的额定功率。接在电子管板极与栅极之间的负载阻抗：Roe = Uk/Ia1 = （Ua+Ug）/Ia1也大于共阴极电路要求的负载阻抗。

（2）共栅极电路所要求的激励功率

P入=1/2 Ie1Ug = 1/2 Ig1Ug + 1/2 Ia1Ug = 1/2 Ig1Ug + △P1

其中1/2 Ig1Ug是供给栅极电路的功率，与共阴电路一样，但是另外一部分功率△P1则是共阴电路中没有的，这是激励直接送到输出回路的功率。

因此，共栅极电路的激励功率要比共阴极电路大得多。在临界工作情况下

Ig1≈0.15Ia1

(Ia1 + Ig1) / Ig1≈8

所以共栅极线路的输入功率是共阴极线路输入功率的约8倍。

3　结束语

DF500A型短波发射机的射频驱动级是发射机的核心部件，是发射机稳定可靠运行的基础，深入分析和研究其运行工作机制和原理意义重大，同时，也是提升安全传输发射保障能力的有力保障。

Analysis and Research of RF Driver of DF500A broadcast transmitter

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

Abstract：Type DF500A shortwave transmitter rf driver stage is the core parts of the transmitter and stable and reliable operation of infrastructure assurance. In-depth research and analysis the operation mechanism and principle is helpful to the daily maintenance and management of technical personnel, improve safety transmission launch support capability.

Keywords：transmitter; Driver stage; Gate circuit; Directional coupling