短波天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)熱問(wèn)題的分析

祝彪　李超超　鄭丙寅

摘 要：由于短波通信系統(tǒng)的功率不斷增大，使得短波天調(diào)工作時(shí)，其匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)熱較大，為了解決這個(gè)問(wèn)題，文章深入分析了匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)熱問(wèn)題的原因，并提出了解決方法，為設(shè)計(jì)人員處理此類問(wèn)題提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：真空陶瓷繼電器；短波天調(diào)；陶瓷電容；空心線圈

1 概述

短波天調(diào)[1]作為短波通信天饋系統(tǒng)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各型短波通信系統(tǒng)，其阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)在天線與發(fā)射機(jī)的匹配中發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。

近年來(lái)，隨著短波通信系統(tǒng)的功率不斷增大，使得匹配網(wǎng)絡(luò)也要承受較大的功率，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)器件發(fā)熱，引起駐波比增大，發(fā)射機(jī)與天線失諧，最終造成短波通信系統(tǒng)不能正常工作。

文章針對(duì)短波天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的發(fā)熱問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的論述，并對(duì)解決該問(wèn)題的方法進(jìn)行了深入的探討。

2 短波天調(diào)的匹配網(wǎng)絡(luò)

匹配網(wǎng)絡(luò)是短波天調(diào)的“心臟”，由空心電感線圈、陶瓷電容，以及控制這些網(wǎng)絡(luò)元件的繼電器組成。其主要作用一是進(jìn)行阻抗變換，將與頻率、天氣、天線形式等因素有關(guān)的天線輸入阻抗變換為短波電臺(tái)發(fā)射機(jī)末級(jí)所要求的最佳負(fù)載，確保其功率放大器安全可靠地工作；二是對(duì)短波電臺(tái)發(fā)射機(jī)輸出射頻信號(hào)進(jìn)行濾波，保證其低諧波輸出。

常用網(wǎng)絡(luò)形式[2]有“倒L”網(wǎng)絡(luò)、“T形”網(wǎng)絡(luò)以及“Π形”網(wǎng)絡(luò)。其中“倒L”型網(wǎng)絡(luò)只用兩個(gè)調(diào)諧元件，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整和結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是匹配范圍有限，濾波性能較差；“T形”網(wǎng)絡(luò)和“Π形”網(wǎng)絡(luò)都是由三個(gè)調(diào)諧元件組成的調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，它們實(shí)際是兩個(gè)“倒L”形網(wǎng)絡(luò)的組合，具有寬的匹配范圍和較好的濾波性能。在短波天調(diào)中多用“Π形”網(wǎng)絡(luò)，采用自動(dòng)調(diào)諧、記憶的方式實(shí)現(xiàn)工作頻點(diǎn)的阻抗匹配。

在實(shí)際應(yīng)用中，三種網(wǎng)絡(luò)形式的匹配網(wǎng)絡(luò)都存在不同程度的發(fā)熱問(wèn)題，這可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的性能下降，進(jìn)而影響短波通信系統(tǒng)的正常工作。因此，研究天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的發(fā)熱問(wèn)題顯得尤為重要。

3 短波天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)熱的原因

短波電臺(tái)發(fā)射機(jī)工作時(shí)，其天調(diào)的匹配網(wǎng)絡(luò)可能存在大量發(fā)熱的問(wèn)題，主要原因有以下幾點(diǎn)。

（1）陶瓷電容的發(fā)熱問(wèn)題

引起陶瓷電容發(fā)熱的主要原因是等效串聯(lián)電阻（ESR）和最大工作電流（Imax）。計(jì)算線路中電流的平方（Ic2）和ESR的乘積就能方便地得到陶瓷電容在射頻設(shè)備中的實(shí)際耗散功率（PCD）

PCD=Ic2×ESR

ESR綜合了介質(zhì)材料，電極，終端，以及終端與電級(jí)界面的所有損耗。當(dāng)實(shí)際工作電流大于最大工作電流或者ESR較大時(shí)，陶瓷電容就會(huì)大量發(fā)熱。

（2）繼電器的發(fā)熱問(wèn)題

導(dǎo)致繼電器發(fā)熱的主要原因是最大接觸電阻和最大連續(xù)工作電路電流。計(jì)算線路中電流的平方和最大接觸電阻的乘積就能得到繼電器在匹配網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際耗散功率。當(dāng)實(shí)際工作電流大于最大連續(xù)工作電流或者接觸電阻較大時(shí)，繼電器就會(huì)大量發(fā)熱。

（3）空心線圈的發(fā)熱問(wèn)題

額定電流和品質(zhì)因數(shù)（Q值）是造成空心線圈發(fā)熱的主要原因。當(dāng)空心線圈上的實(shí)際工作電流大于額定電流時(shí)，空心線圈將發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞；品質(zhì)因數(shù)（Q值）是指空心線圈在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。它的高低與線圈導(dǎo)線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關(guān)?？招木€圈的品質(zhì)因數(shù)（Q值）越高，其損耗越小，效率越高，發(fā)熱越少。反之，品質(zhì)因數(shù)（Q值）越低，損耗越大，效率越低，發(fā)熱越大?？招木€圈的品質(zhì)因數(shù)計(jì)算公式如下：

Q=ωL/R

式中：

ω-工作角頻；

L-空心線圈的電感量；

R-空心線圈的總損耗電阻線圈的總損耗電阻，它是由直流電阻、高頻電阻（由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起）介質(zhì)損耗等所組成。

4 發(fā)熱問(wèn)題的解決方法

解決短波天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)熱問(wèn)題，首先要確定發(fā)熱源，即那些網(wǎng)絡(luò)元件溫度最高，然后針對(duì)不同的發(fā)熱元件，采取相應(yīng)措施，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚罱K將網(wǎng)絡(luò)元件的溫度控制在合理的范圍內(nèi)。下面將結(jié)合前面提到的三種發(fā)熱原因，進(jìn)行深入討論并提出解決方法。

（1）陶瓷電容發(fā)熱問(wèn)題的解決方法

陶瓷電容發(fā)熱，首先，應(yīng)該選用超低ESR和較大承載電流的電容產(chǎn)品，對(duì)于高射頻功率的發(fā)熱控制尤其如此。其次，可以把單個(gè)電容通過(guò)串聯(lián)，或者并聯(lián)的方式組合成電容組，電容組大大擴(kuò)展了容值和對(duì)電流，電壓的耐受能力。最后，將電容安裝在散熱器上，以便對(duì)其進(jìn)行散熱。因?yàn)闊嶂饕呻娙萁K端傳導(dǎo)到散熱器，所以使用帶銀質(zhì)微帶線的電容，能有效地使熱從電容表面流走，同時(shí)，有關(guān)材料的導(dǎo)熱率也是十分重要的。

（2）繼電器發(fā)熱問(wèn)題的解決方法

對(duì)于繼電器發(fā)熱問(wèn)題，由于其高度的集成性，一般只能在同類型器件中選擇性能指標(biāo)更高的來(lái)替代。主要是選擇耐壓值高，承載電流大，接觸電阻小的同類器件替代。

（3）空心線圈發(fā)熱問(wèn)題的解決方法

為了解決空心線圈發(fā)熱問(wèn)題，首先，應(yīng)該選用多股的絕緣銅線代替具有同樣橫截面的單股銅線，以減少集膚效應(yīng)。其次，可以采用鍍銀銅線，以減小高頻電阻，提高線圈的品質(zhì)因數(shù)。最后，如果重量要求不嚴(yán)，可以采用介質(zhì)損耗小的高頻陶瓷為骨架，由于高頻陶瓷具有較好的導(dǎo)熱性，可將部分熱量通過(guò)陶瓷骨架傳導(dǎo)到殼體上，有利于空心線圈的散熱。

通過(guò)試驗(yàn)，證明了上述方法在解決天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)熱問(wèn)題時(shí)具有可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了短波天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的作用和常用的一些網(wǎng)絡(luò)型式，詳細(xì)論述了匹配網(wǎng)絡(luò)主要的發(fā)熱問(wèn)題，并給出了解決不同發(fā)熱問(wèn)題相應(yīng)的方法，為短波天調(diào)設(shè)計(jì)者提供了很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]胡中豫.現(xiàn)代短波通信[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

[2]秦旭.嵌入式智能矢量天線調(diào)諧系統(tǒng)[EB/0L].[2005-10-19].http：//www.freescale.com.cn/mcu2004/chi/pdf/10080.