匹配电路的设计

马跃 李海峰

（海装驻北京地区第八军事代表室 北京市 100000）

1 概述

1.1 主要指标

匹配电路主要实现发信机输出阻抗与天线反馈阻抗的匹配，将输出功率最有效地传送到天线上，根据发信机整机方案，确定了匹配电路主要技术指标如下：

（1）承载功率：≥1000kW；

（2）频率范围：甚低频；

（3）冷却方式：自然冷却；

（4）匹配阻抗：输入8Ω/输出10Ω；

1.2 匹配电路组成

匹配电路由2 个可调电感线圈、1 个电容装置和1 个开关装置组成。

2 匹配电路原理

2.1 电路原理

信号功率由一电路传输至另一电路时，阻抗匹配非常重要，即要获得最大的功率输出，发信机输出的阻抗必须等于天线的阻抗。甚低频发信机匹配电路的作用主要是将发信机功率放大器输出阻抗值变换的与假负载的阻值相等，以便设备首先在假负载上进行阻抗匹配，获得了最大的功率后，再连接天线进行调试，以达到在天线上辐射功率最大的目的

匹配电路设计主要是设计将图1 中的输入阻抗R1 变换为阻抗R2 输出的匹配网络，R1 为发信机功放分系统的输出阻抗，R2 为代替天线用于日常维护、调试发信机的假负载阻值，L1、L2 为可调电感装置，C 为电容装置。

为满足发信机全频段工作的需要，根据频率的范围将发信机的发射频率分为高、中、低三个波段，发信机工作时调节可调电感装置L1、L2 和增大或者减小电容装置C 的电容量达到功放分系统输出阻抗与假负载阻值（设定10Ω）匹配，匹配电路具体的设计电路原理图见图1。

发信机工作在不同的频段阻抗匹配所需要的电容值不同，低频段需要的电容值最大，高频段需要的电容值最小。发信机工作在高频段时使用电容装置是C11；发信机工作在中频段时使用电容装置是C11 和C12，波段开关K11 接通；发信机工作在低频段时使用电容装置是C11、C12、C13，波段开关K11、K12 同时接通。匹配电路采用T 型结构，具有阻抗匹配快速可靠、调整快速简便、设计和制造工艺成熟。

2.2 匹配电路参数计算

根据匹配电路计算公式：

大功率发信机匹配电路设计经验选定Q 值为3～5，设定R1=8Ω，R2=10Ω，计算出匹配电路可调线圈和电容装置参数如表1所示。

图1：匹配电路原理

图2：匹配电路测试设备连接图

3 主要器件设计

3.1 电感装置设计

3.1.1 电感装置形式选择

匹配电路中有2 个可调电感装置，可调电感装置为满足甚低频发信机全频段阻抗匹配的要求，电感需在100uH 到610uH 范围内连续可调，选用了柱型可调电感装置。

柱形可调电感装置则通过内部转子线圈和外部固定线圈的自感和相互间的互感产生电感，并通过旋转转子线圈使转子线圈和定子线圈相互间的互感发生变化，从而改变整个线圈的电感量。柱形可调电感装置的电感量可根据设计的要求在一定的范围内连续可调，满足发信机全频段阻抗匹配的需要。

根据匹配线圈的电感参数确定可调电感装置采用转子线圈与定子线圈串联的电气连接方式。串联可调线圈最大值计算公式：

串联可调线圈最小值计算公式：

匹配线圈需要传导的电流为400A，由于属于大功率的电感设备，单位面积的传导电流选5A/mm2，则绕制线圈的励磁线50mm2使用2 根。

表1：匹配电路参数表

表2：开关装置参数表

3.1.2 电感线圈传动装置设计

甚低频发信机工作时要求以最快的速度进行阻抗匹配，线圈传动装置需要满足将线圈转子稳定、快速地转到预定位置。同时线圈传动装置每步转过的弧度越小，则线圈电感量的取值精度越高，匹配电路的阻抗变换的越精细，越容易找到匹配点。因此线圈传动装置设计时要重点考虑传动速度、准确性、稳定性、步距精度。

本研制采用带到位信号反馈的伺服电机加减速器的传动方式相比三相电机加减速器，能很好的满足线圈传动装置传动速度、准确性、稳定性、步距精度的要求。

3.2 电容装置设计

匹配电路的电容装置采用将三个波段的电容设计到一个电容骨架上，采用低频段共用高频段的电容元器件。低频段共用高频段电容元器件的设计方案在满足电容装置电气参数的情况下尽量减少整个电容装置使用的电容元器件数量，将电容装置上安装的电容元器件充分利用，减少不必要的浪费，同时由于使用的电容元器件数量减少，整个电容装置的骨架变小，电容装置更加紧凑，电容器件间的串联、并联更加容易。

根据计算匹配电路电容装置的对地高频电压约为25kV。选用耐压值工频20kV、容值6800pF 电容器件，设计电容装置在留有充足富裕量的情况下需要3 并3 串的结构，3 串后每个电容子装置的耐压变为约8kV。

单排电容元器件采用上下竖直排布，一端采用连接片并联，安装端作为另一端通过铜带连接。

3.3 开关装置设计

3.3.1 整体结构设计

开关装置主要用于电容装置工作时波段切换，设计采用电机加减速器作为开关通断的驱动方式，结构形式采用单刀双掷的三接点开关形式来完成。

根据参数计算，匹配电路的开关装置设计参数如表2 所示。

整个开关呈垂直形式，通过升降装置的上下运动带动动接点完成开关装置的通断。开关装置各定接点间的支架需要承受一定的耐压，各定接点的支杆需要使用绝缘材料，支杆材料选用环氧酚醛玻璃布棒Φ40mm。根据设计参数端对端电压为25kV，为保证耐压并留有余量每毫米空气按2kV/mm 设计，各定接点间支柱的长度取150mm，以满足端端耐压。

动接点设计时考虑了炮筒体的上端和下端存在高压放电隐患,为避免高压时产生尖端放电，做了圆弧处理。

定接点的设计关键在于保证与炮筒体接触的导电簧片直径尺寸，炮筒体直径设计为Φ145mm，需保证动接点与簧片完全接触，并有一定的压紧力。

3.3.2 手动电动一体传动

开关装置通过电机旋转带动开关装置的动接点上升或者下降，完成开关装置的接通或者断开，但供电系统出现故障电机无法旋转时，开关装置需要采用手动的方式接通或者断开应急，设计了手动电动一体传动装置。

4 调试测试

匹配电路接整机测试图如图2 所示。

5 结束语

匹配电路在整机全频段、满功率调试试验时，由于电容装置设计时为保证设计一次成功，选用的Q 值较小，初时匹配电路使用的电容值大，导致频率低端电感装置的电感值不足，发信机输出达不到满功率，调整减少并联电容器数量，达到全频段满功率阻抗匹配目标。经过研制、生产和试验，各种测试检验指标满足要求。