北广TBV333型调频发射机吸收负载技术改造

摘要：在全固态调频发射机中，功率合成技术得到了广泛应用。本文主要叙述珠海广播电视台发射中心的北广TBV333型全固态调频广播发射机大功率合成器的工作原理及其功率合成网络的技术要求，分析原功率合成器隔离吸收负载存在的技术缺陷和故障，提出对它进行技术改造的原因和必要性，技术改造的后果等。

关键词：全固态调频发射机 功率合成器 四分一波长传输线

中图分类号：TN830 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）03-0000-00

1 前言

功率合成技术是决定全固态调频发射机输出功率等级的关键，其性能对发射机的总体指标起决定性的作用。北广的TBV333型全固态调频广播发射机的功率放大电路采用了场效应管BLF278，它的功放单元最大输出功率可达300W，一个功放箱最大可输出≧800W。为了达到发射机所需的额定输出功率，一台调频广播发射机必须应用多级、多路、各种功率等级的高频宽带功率分配和功率合成电路，最后将各功率放器的输出功率进行叠加，从而获得所需的功率输出。TBV333型3KW全固态调频广播发射机应用的大功率合成器是一个四路大功率合成器，将四路功放的输出功率进行叠加，可获得超过3KW的功率输出。

2 全固态调频发射机工作原理方块图和N路大功率合成技术。

2.1 调频发射机工作原理方块图（如图1所示）

图1 调频发射机工作原理

全固态调频发射机工作原理比较简单，不是本文论述的重点，故不作详述。

2.2 四（N）路大功率合成器（如图2 所示）

图2 四（N）路大功率合成器

图2 是一个四路功率合成器，该图左边的上端是四路功率合成器的输出端，中间是四路功放的输入端，下端是四路吸收负载的接入口，它的等效电路如图3 所示。

图3 等效电路图

全固态调频发射机N路同相大功率合成电路，由微带线、带状线或同轴线构成。图3 中λg/4传输线的特性阻抗为R ，AN点阻抗经λg/4传输线后到BN点的阻抗为/R=NR，B点阻抗为N个NR并联为R，与负载阻抗R（50）匹配。这样每路同相等值的输入功率经λg/4传输线移相90°后到B点进行叠加合成，合成功率在负载上输出。R1～RN是隔离吸收电阻，阻抗为R（50），在理想的情况下，R1～RN隔离吸收电阻没有功率损耗，负载的输出功率为NPN 。当有工作路出现故障时，隔离吸收电阻吸收掉漏到本路的功率，起隔离各输入工作路的作用。图3 中绘出了单路输入信号（第N路）的电流流向图（假设合成器存在反射），其中i被分成i1（主信号）和i2（反射），i1经λg/4传输线移相90°后到达B点，再分为i1"（主信号）和两路i1"（反射） ，i1" 流向负载。i2分为两路i2"； i1" 经λg/4传输线移相90°后，在A1、A2点与i2" 等幅反相，相互抵消，隔离吸收电阻R1、R2等没有功率损耗，满足隔离条件。一个N路同相等幅功率合成电路图2 只要隔离电阻RN选得与负载电阻RL一样，传输线的特性阻抗满足R，就可以实现各输入端口之间互相隔离，理论上无损耗。然而，实际上并非如此，一个性能良好的功率合成器各端口之间的隔离度能做到40db就很了不起了；另当有N路功放箱进行功率合成时，而其中有M路功放箱停止工作，则不工作的功放箱相当于接地。由于合成器的各端口互相隔离，其它正常的端口仍可正常工作，但此时合成器的合成效率已发生很大的变化，在理想情况下，合成器的输出功率与隔离电阻的消耗功率可由以下公式计算：

=N ；=（N-M）-

其中为合成器的输出功率，为单个功放箱的实际输出功率；为隔离电阻的消耗功率。

3 技术改造的原因

3.1 调频发射机故障现象的发生

北广TBV333型调频发射机（3KW）是由100W的激励器推动四路功放箱工作，最后由一个四路功率合成器合成送到发射天线。发射机工作正常时，四路功放箱供电电源的工作电流比较平衡（相差小于2安），输出功率大于3KW，无告警现象。2012年9月26日，技术维护例行检修时发现：我台103.8MHz调频发射机四路功放箱供电电源的工作电流不均衡（最大的相差7安），输出功率2000W，提升输出功率时出现功率告警；提升输出功率时激励器的功率增大时反射功率也跟随增大。进一步检查，发现该机的功率合成的吸收负载外壳温度较高。停机检查，用万用表分别检查各吸收负载的阻值，发现电阻的阻值出现了变化：由原来的50Ω有的变到53Ω、54Ω，相差最大的为68Ω，严重偏离了匹配阻抗50Ω的要求。拆下、分解吸收负载组件，发现里面有的吸收电阻，因为发热的等原因，有的部分已经龟裂，有的碳膜粉已被磨掉了一部分。观察吸收电阻的安装方式，发现它仅仅是靠接触碳粉来获得阻值，由于接触面很容易氧化、碳粉脱落等原因很容易造成有接触电阻的存在。另石墨碳粉材质的阻抗值精度也不高，在安装过程中，很容易因为摩擦改变阻抗值。这是或许是设计上的一个缺陷。原机50Ω隔离吸收负载如图4 所示。

3.2 故障原因分析

该全固态调频发射机是通过大功率场效应管与功率分配、合成技术来达到所需额定功率输出。TBV333型发射机的功率合成应用“吉塞尔同相合成”原理，技术要求为：输入功率信号的相位相同、幅度一致，即“同相等幅”合成。否则会有一部分功率消耗在吸收负载上，相位差别越大，隔离电阻吸收的功率也越大。另外，当隔离电阻的阻值偏离阻抗值50Ω较多时，功率合成器的平行条件被打破，合成器的效率就会大大降低，造成整机输出功率下降，合成器的隔离吸收负载会消耗过多的功率，它们的温度就会升高等。

4 故障排除和技术改造

我们曾经将其它频道的北广TBV333型调频发射机的隔离吸收负载（比较接近50Ω）换上试机，发射机工作正常，输出功率可达3KW，无告警现象。

第一时间和厂家电话联系，厂家回复的是：已经很久没有该产品的备件了。重新定做别的吸收负载，时间会较长，另外价格也很贵（一套发射机会超万元）。在没有更好的办法情况下，我们技术维护组充分发挥了聪明才智和想象力，利用单位以前从专业厂家购买的800W引线50Ω负载电阻，根据该负载电阻的规格大小、厚度设计出该电阻的固定散热底座和散热盖图纸（散热底座和散热盖通过开孔内牙，上螺丝固定成一个闭合的整体，前盖和输出接头利用“原机的”），到数控机械加工厂进行技术加工处理。加工完成后，我们技术维护组再进行焊接和装配。这样，一个崭新的隔离吸收负载就这样诞生了。新的隔离吸收负载彻底克服了存在“接触电阻”的缺点，参数指标（精度、稳定度）都比原来的高。彻底消除了因为吸收负载受热造成的接触不良等故障隐患（新的50Ω隔离吸收负载如图5所示）。

图4 原机吸收负载结构 图5 新型吸收负载结构

图6 新旧吸收负载对比

5 改造效果

新旧隔离吸收负载对比如图6所示，经过技术改造，发射机工作正常，功放电源的工作电流相差小于1.5A，输出功率大幅提升；满功率3KW播出时，激励器的输出功率由原来的56W下降到49W，反射功率小（1.8W），功率合成器及其吸收负载的温度明显下降......发射机正常工作后其工作性能全部符合指标要求，满功率播出（3KW）时工作稳定，连续工作两年多未出现过任何同类故障。期间我们曾对满功率工作的发射机进行整机技术指标测试，其技术指标参数达到国标甲级水平（按GY36-84）。所测试的技术指标参数如表1所示。

表1 103.8MHz调频发射机测试指标。（测试日期：2012-12-2）

项目

频率（kHz）

发射机

0.04

0.1

1

3

5

7

10

12

15

频率特性（db）

103.8MHz

主机

左

-0.09

-0.07

0

-0.17

-0.16

0.10

-0.07

-0.06

-0.20

右

-0.1

-0.06

0

-0.18

-0.17

0.11

-0.06

-0.07

-0.19

谐波失真（%）

103.8MHz

主机

左

0.070

0.058

0.065

0.080

0.099

0.152

0.148

0.125

0.093

右

0.065

0.065

0.656

0.077

0.104

0.157

0.153

0.131

0.096

左右电平差（dbr）

103.8MHz

主机

左

-0.07

-0.06

-0.06

-0.05

-0.05

-0.06

-0.06

-0.06

-0.03

右

分离度

（db）

103.8MHz

主机

左

54

53.99

52.5

53.3

53.3

52.9

51.4

50.0

48.5

右

55.7

53.9

52.0

52.0

51.8

51.1

50.2

50.2

49.2

信噪比（db）

103.8MHz主机

70.9/73.2

103.8MHz备机

由于同型号的调频广播发射机我台共有三台，为了避免出现同类型的机器故障，我们利用9个800W引线50Ω负载电阻，改造出9个50Ω隔离吸收负载，可以提供给两套发射机使用，一个备用，总费用还不到1000元。

6 结语

这次功率合成器吸收负载的技术改造于2012年10月份开始准备工作，12月份改造成功，取得比较令人满意的效果，技术改造后整机技术指标参数达到我国调频广播发射机运行技术指标甲级水平（按GY36-84）；本次功率合成器吸收负载技术改造令我们收益良多：一方面，为我台节省了购买两套调频发广播射机吸收负载的大笔资金，另一方面也提高了我们对调频广播发射机的维护和改造能力，为我台广播电视的安全优质播出作出了贡献。另外，该技术改造成本低，经济实用，安全可靠，取得了明显的经济效益，值得在同行内推广。

参考文献

[1] 黄萍.10KW全固态调频发射机技术及其维护[J].西部广播电视，20007（05）.

[2] 青晓鹏.全固态调频发射机的功率合成技术[J].西部广播电视，2002（02）.

[3] 陈卫华，郝富民.全固态调频广播发射机功率分配与合成器的调试[J].黑龙江科技信息，2012（09）：39.

收稿日期：2016-01-14

作者简介：梁剑（1963—），男，广东珠海人，本科，无线电工程师，研究方向：广播电视发送技术。

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