P D M1 K W全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的防雷設(shè)計(jì)

鄒慶彬

（廣東省海豐中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，汕尾 516400）

功率合成器的輸出口阻抗等效到發(fā)射機(jī)輸出的負(fù)載阻抗一般不會(huì)剛好等于饋線波阻抗，匹配網(wǎng)絡(luò)的主要作用，就是把饋線阻抗調(diào)整為合成器的輸出阻抗。T、π網(wǎng)絡(luò)都可以做到，而對(duì)固態(tài)機(jī)而言，該網(wǎng)絡(luò)除了要阻抗匹配，而且還要有同時(shí)具備抗雷擊的能力。由于發(fā)射機(jī)的功放模塊是場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)天線遭到雷擊等原因，塔基放電球放電時(shí)天線阻抗直接同地短路，此時(shí)功放電路里將產(chǎn)生過(guò)大的瞬態(tài)電壓、電流，導(dǎo)致功放模塊燒壞。

通常，我們?cè)谳敵鼍W(wǎng)絡(luò)中把阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成相移-45°網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)負(fù)載短路時(shí)功放側(cè)的等效阻抗呈感性。負(fù)載短路通常是鐵塔基部出現(xiàn)雷擊放電時(shí)引起的。因此，為了有效防止雷擊對(duì)功放模塊的損壞，在塔基短路時(shí)，還必須確保發(fā)射機(jī)輸出口處同樣處于短路狀態(tài)。因此，我們?cè)谔煺{(diào)網(wǎng)絡(luò)中附加進(jìn)去一個(gè)相移網(wǎng)絡(luò)，使這兩點(diǎn)的相位差為180°的整數(shù)倍，最終使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)起到防雷的效果。

1 T型匹配網(wǎng)絡(luò)

圖1是阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)圖， L4的作用是調(diào)諧，串臂L6的作用是調(diào)載，并臂L5、C6與三次諧波頻率串聯(lián)諧振，這三個(gè)元件組成了三次諧波陷波器，在網(wǎng)絡(luò)中起到抑制三次諧波的作用。對(duì)基波來(lái)說(shuō)，L5、C6串臂的等效電路如圖1（b）所示，是一個(gè)T型匹配網(wǎng)絡(luò)。接下來(lái)，我們對(duì)對(duì)圖1（c）的電路分析計(jì)算。

圖1 T型匹配網(wǎng)絡(luò)分析圖

以上公式中β為半邊電路的相移角，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相移角則為2β。

當(dāng)R短路時(shí)，如圖2（d）所示XL直接與二個(gè)XC并聯(lián)，且等效為電抗，其值為QR（1+Q2）/（1-Q2）。該等效電抗再與左側(cè)電感串聯(lián)，其電抗值為X=2Q/（1-Q2）R。如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相移角為-45°，則X=（2tgβ/1-tg2β）·R=Rtg45°=R，也就是說(shuō)，如果上述T網(wǎng)絡(luò)的相移角為-45°，且負(fù)載阻抗R為50Ω，當(dāng)輸出短路時(shí)，則等效阻抗由純阻50Ω轉(zhuǎn)為感抗50Ω。

實(shí)際上，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常選用這種相移角為-45°的T網(wǎng)絡(luò)。那么通過(guò)計(jì)算，各元件在工作頻率時(shí)的阻抗值為：

此時(shí)再用帶入XL5和XC6的值，就可以計(jì)算出C6、L5的值。

2 π型匹配網(wǎng)絡(luò)

圖2（a）所示π型網(wǎng)絡(luò)也是一種常用的阻抗匹配電路。如果要求對(duì)象阻抗均為R，相移角為φ時(shí)，則：

X1、X2取上面符號(hào)時(shí)，如果φ為正值，輸出相位超前，如果φ為負(fù)值，輸出則相位滯后。當(dāng)φ=45°時(shí)，若輸出端如 圖2（b）所示被短路，該電路的等效阻抗則相應(yīng)地變?yōu)閖R。

圖2 π型匹配網(wǎng)絡(luò)分析圖

圖2（c）和（d）是兩種廣泛用于全固態(tài)發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)的電路，圖2（c）中C3和L3組成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)于三次諧波并聯(lián)諧振，那么它對(duì)工作頻率來(lái)說(shuō)呈電感性，最后它們與兩個(gè)C1構(gòu)成一個(gè)低通型π網(wǎng)絡(luò)；圖2（d）是一種高通型π網(wǎng)絡(luò)，C2、L2與三次諧振形成串聯(lián)諧振，對(duì)工作頻率呈容性，而且該容抗與C1正好相等。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，發(fā)射機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的主要作用是把饋線加天饋系統(tǒng)的阻抗經(jīng)過(guò)調(diào)整匹配，使其跟輸出合成器的阻抗達(dá)到一致，并最終使輸出達(dá)到匹配。我們?cè)谠O(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，注意恰當(dāng)選擇元件值，同時(shí)嚴(yán)格控制負(fù)載短路時(shí)等效到功放側(cè)等效負(fù)載阻抗的電抗性質(zhì)和阻抗值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)功放模塊進(jìn)行有效的保護(hù)，避免雷擊造成損壞。

[1] 張丕灶，張建安，張海櫻.全固態(tài)脈寬調(diào)制中波發(fā)射機(jī)[M].廈門大學(xué)出版社，2005.