DF100A发射机末级槽路的计算与仿真

摘要：DF100A发射机末级槽路的选取及各频率的位置对发射机安全播出具有非常重要的影响。文章主要對末级槽路进行了计算，并结合Smith仿真，进行了简单分析，对维护人员有一定的参考意义。

关键词：DF100A发射机;末级槽路;仿真

中图分类号：TN934.1       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）24-0268-03

开放科学（资源服务）标识码（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发射机的核心器件是高末级电子管， 目前市场上主要有美国爱玛克公司的4CV100，000、北京京东方的FU3124ZA、成都旭光的FD003Z这三种类型的电子管，由于各厂家生产的管子工作参数、特性不同，对应的槽路匹配网络也要做相应的调整，才能使功率最大限度地传送出去，因此深入研究学习末级槽路匹配网络是非常有必要的。

DF100A发射机末级槽路有谐振、滤波，阻抗变换的作用。采用π倒L网络进行调配，主要有几方面优点：j 所需元器件较少，结构简单。k 调谐元件少，调谐方便。l  阻抗变换能力强。m π网络的两电容臂有较好的滤波能力[1]。除此之外，π网络的电感采用波段形式，虽不能连续调谐，但能满足DF100A发射机所要求频段内所有频率，这样就为调整网络带来了极大的方便，同时，槽路电感采用三根短路棒短路线圈的模式来改变感量，并将不用部分短路在零磁场内，在一定程度上保证了发射机的稳定工作。

1槽路计算

DF100A发射机的槽路既提供载波通路，又能匹配阻抗，即当槽路输入阻抗Zin与末级电子管屏级的输出阻抗Roe共轭匹配时，则能实现75Ω负载的最大输出功率，且末级电子管的屏级损耗最低，效率最高。

图1所示为高末槽路网络原理图，图中电子管选用4CV100，000，其屏级输出特性阻抗为800Ω，图中与地连接的电感为屏级阻流圈，其电感量大约在2E-5H左右;与地连接的电容为屏级分布电容，其电容量大约在1E-10F左右;C35为隔直锅电容，其电容量大约在2E-09F左右;串联在通路上的电感为引线电感，其电感量大约在1E-07H左右[2]。DF100A发射机采用了多种方式来减小这些分布电感和电容对槽路的影响，比如360度的隔直电容、3L12将不用的电感短路于零磁场内等。

由于这些电容量电感量均特别小，不会对槽路的通频带及阻抗变换产生质的影响，因此我们在计算的时候可以忽略不计。在实际维护发射机的过程当中，由于屏级阻流圈靠近电子管，它会在某个在播频率的高次谐波上产生震荡，引发打火，我们可以通过改变匝间距离来破坏震荡条件，从而避免打火。

图1中C36为调谐电容，由 两个30～650pF的可变电容并联而成，C38为调载电容，由两个100～200pF的可变电容并联而成，L12可分为11个波段，根据设计参数，不同的频段选择不同的波段来进行粗调，π倒L网络负载为75Ω纯阻。

由于倒L网络只有1个电容臂，且输入阻抗100Ω，输出阻抗75Ω，因此Q值是确定的，故调谐元件L13是固定的。本文通过选取3.9M和22M两个DF100A发射机极端频率进行计算来说明问题，计算过程会用到如下公式：

（1） 在串并联网络中，容抗、感抗与Q值的关系：

（2） 输入输出阻抗与Q值的关系：

（3） 容量、感量与容抗、感抗的关系：

根据上述计算公式，利用Excel强大的运算功能，编辑公式进行计算，当取不同Q值时的结果列于表1、表2中。

表1、表2已将槽路在特定频率下，在不同的Q值选取下，各可变调谐调载元件的电容量与电感量计算出来了，通过与实际使用值进行对比，我们可以了解在用槽路的Q值及各元件的边界情况，对我们实际维护发射机有很大帮助，从上表的计算结果也可以看出，Q值的选取对槽路的影响是非常大的。在3.9MHz时，当Q值选取26时，C36 、C38就会超过设计电容的容量。在22MHz时，当Q值选取26时，L12就会低于设计电感的感量。总之，Q值过低，槽路的频带就会过宽，导致选频能力下降，甚至超过设计元器件的极小值（图3中黑体标出）;Q值过高，就会导致局部电压过高打火，甚至超过设计元器件的极大值（图2中黑体标出），从而无法实现功率传递。根据计算结果及实际元件，Q值一般选取在18—24之间。

当工作频率为3.9MHz时，C36 、C38值为最大，应分别满足两个调谐、调载电容的最大值之和。当工作频率为22MHz时，C36 、C38值为最小，应分别满足两个调谐、调载电容的最小值之和。在整个频段内，所有槽路调谐元件均有一定的余量。当槽路负载阻抗按驻波比（1～1.5）：1变化时，槽路经调整后仍能达到匹配。

2 仿真

2.1 仿真

史密斯圆图主要用于传输线的阻抗匹配上，其本质是将无穷大的面画在一个圆图上。基本在于以下的算式：

Γ代表其线路的反射系数，即S11，Z是归一负载值，即。当中，ZL是线路的实际负载值，Z0是传输线的特征阻抗值，本文使用75Ω，通过反射系数可以了解网络的传输特征。

根据前文计算结果，使用史密斯圆图软件进行仿真，如图2为22MHz时，Q值为26的阻抗圆图，图3为22MHz时，Q值为10的阻抗圆图，表3、表4为阻抗圆图上不同Q值对应的阻抗值。

如上图及表所示，从75Ω负载通过阻抗变换轨迹到达820Ω附近，由于计算值有取舍，因此结果与高末电子管4CV100，000的额定输出阻抗有偏差，在实际调配过程中也不完全匹配到800Ω。从图中我们可以将每个元件的作用清晰的體现出来，维护人员可根据L12的波段性来灵活调整C36 和C38的位置，使其达到最佳匹配。另外，从图2、图3我们可以清晰地看到C38电容轨迹与实轴准确地相交于100Ω的等阻圆上。

前文提到过，史密斯圆图的本质是将无穷大的面画在一个圆图上，越接近圆图边界，对应的值越大。从图2、图3对比可以看出，图2的轨迹更加靠外，在调谐过程当中不易找到调谐点，容易调飞，所以，Q值的选择不是越大越好，满足要求即可。

2.2 关于史密斯圆图阻抗匹配的简单应用说明

把阻抗圆图与导纳圆图合并使用，可以把任意阻抗点通过沿等电阻圆，等电抗圆，等电纳圆和等电导圆移动而匹配到原点（即阻抗匹配点）上。不同的移动方式对应不同的元件连接。串连L，阻抗点沿着电抗刻度（即等电阻圆）右旋移动;串连C，阻抗点沿着电抗刻度左旋移动;串连R，阻抗点沿着电阻刻度（即等电抗圆）移动;并联L，阻抗点沿着电纳刻度（等电导圆）左旋移动;并联C，阻抗点沿着电纳刻度（等电导圆）右旋移动;并联R，阻抗点沿着电导刻度（等电纳圆）移动。

3 结束语

本文通过对DF100A发射机末级槽路的计算，并结合作者维护经验，对末级槽路元件选取及日常出现的故障进行了简单分析，同时利用Smith仿真软件对计算结果进行了验证。文章仅在理论层面上进行了仿真，后期，作者会通过获取发射机在播频率的位置进行仿真分析，可能对提高槽路效率，降低局部打火风险，提升安全播出保障有一定的现实意义。作者水平有限，如有谬论，请读者批评指正。

参考文献：

[1] 龚协亨.418E型100kW短波发射机高末级的分析[J].广播电视发送与传输维护手册，2003：349-360.

[2] 肖刚，张广鑫，王磊，杨金才.TSW2500型500kW发射机末级自动调谐的研究与仿真.第二届无线广播技术研讨会论文集[C].北京：北京日报出版社，2017（6）：261-264.

【通联编辑：光文玲】