420C 型500kW 短波发射机腔体接点烧坏原因研究

邓晓霞

（国家广播电视总局2022 台，新疆 喀什844000）

采用PSM 脉冲阶梯调制技术的420C 型500kW 短波发射机在我国的应用较为广泛，而在长期应用的经验积累和技术交流作用下，围绕该型号短波发射机开展的技术改进不断涌现，如发射机单机水箱改进、“快拆易装”馈芯馈筒改进。但结合实际调研可以发现，腔体接点烧坏仍很容易出现于该型号短波发射机中，为有效预防和处理相关故障，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1 420C 型500kW 短波发射机特点分析

1.1 特点分析

美国大陆电子公司生产的420C 型500kW 短波发射机在我国拥有二十余年的应用历史，该短波发射机采用PSM脉冲阶梯调制技术，能够合二为一主整合调制器，得到化整为零的主整电压，串联输出的48 块模块由高速电子开关控制（IGBT 绝缘门双极晶体管组成）分别控制，直流和音频调制信号同时对这类高速电子开关进行控制，功率模块合断可通过该信号控制并实现调制。脉冲阶梯音频调制信号可基于低通滤波器平滑加到射频被调级电子管屏极，保证射频被调级获得高电平音频调制电压和直流屏压，调幅可顺利实现。对于采用耦合腔体电感的420C型500kW 短波发射机来说，其属于典型的脉冲阶梯调制短波发射机，电感圈数多集中于3.9MHz 低频，26.1MHz 最高频较少，不用的线圈在高频段用的少时即使逐圈短路，反射到在用电路中的被短路线圈会导致高频高阻抗的末极屏极存在，高次谐波降低屏极效率、机器打火、元器件损坏等问题均可能因此出现，直接影响机器稳定性能。由于美国大陆电子公司生产的短波发射机存在上述不足，其采用耦合腔体电感，由此即可在零磁场内封闭高频段不用部分，射频反射的最大限度消除可顺利实现[1]。

1.2 耦合腔体结构

对于采用Cavity 耦合腔体电感的短波发射机来说，其调配线由两根导管组成，隔板设置于四周，有活动短路板装设于终端，零磁场内的不用部分短路可实现射频反射的最大限度消除。在导管与隔板距离较近时，无法忽略导管对地影响，π 形电感会随之形成，具体如图1 所示。

围绕图1 进行分析可以发现，电抗存在于两管间，每边对地也同样存在电抗，π 网络因此形成，输入端C1 与L1、输出端C2与L2 均并联，相较于一般π 网路存在更为复杂的电路，属于典型的电感耦合双回路，存在分别属于初级电感和次级电感的两导管，电感、电容分别为粗调、细调[2]。

图1 π 形电感示意图

对属于滑动板截面的耦合腔体来说，需换频粗调滑动板，气动可伸缩弹簧接点装设于滑动板背面，气压压制弹簧的力量在移动时可将接点打开，电感位置的无磨损改变能够由此实现，气动压力在预定位置到达后去掉，接点可通过弹簧的力量接通。弹簧压力银点在每根铜管与接点装设12 个，接通每个接点时存在约33A 的通过射频电流。隔离板四周的弹簧压力接点为50个，机箱外壳与短路板的接触良好可得到保障。整机弹簧压力接点共计74 个，采用镀银接点作为每一个接点，10mm 直径规格。采用紫铜管作为两根馈管，需得到增强钢度处理，梳状静电隔离板安装于两根铜管的前端。对于移动的短路版，六棱导轨靠短路板底座上装设有轴承三个于六棱与支架的接触面，因此其可实现较为灵活轻便的移动，整体移动平稳。两个洞眼存在于短路板中间，方向相反拉绳设置于其上，短路板可基于伺服马达转动牵动实现前后移动。腔体无法克服的末级调容回路寄生振荡、高五次以下的谐波可基于多频点躲开，某一频率所选频点可在上位机内存储形成曲线，满足粗调使用需要[3]。

2 短波发射机腔体接点烧坏原因分析

2.1 原因分析

在本文研究的420C 型500kW 短波发射机实际运行过程中，仅关注其表值，不采用仪器，可确定短波发射机的“三满”要求得到满足，明显的水温升高、效率低下等异常情况也不存在于短波发射机中，同时明显的杂音未在收测播出时发现，频繁的打火过荷现象同样未在短波发射机中出现。在测试短波发射机指标的过程中，存在甲级的可能杂音指标，以往测试结果存在达到乙级的可能杂音指标，因此不深究相关原因。但由于二次以上五次以下谐波实际存在于高末槽路电路中，且无法滤除的寄生振荡同时存在于高末槽路电路中，这使得高电压出现于高末槽路元器件中，烧损腔体接点现象受此影响出现于耦合腔体电感上，这会导致腔体打火，严重时还会导致腔体接点烧毁，不光滑的腔体壁、铜管表面会大幅提升维护工作量。如上述原因导致腔体打火的频繁出现，高频振荡的大电流、高电压将频繁击穿元器件，运行不稳定的机器将对正常工作带来严重负面影响，正常换频至下一个频率的问题也会在严重时出现，最终引发停播事故。高末腔体接点吱火现象很容易在短波发射机维护过程出现，接点损坏会导致其无法正常工作，此时紧急处理必须快速开展，图2 为严重烧损接点示意图。

图2 严重烧损接点示意图

总的来说，短波发射机腔体接点烧坏带来的影响较为严重，会对安全播音造成直接威胁，维护成本和维护工作量也会大幅增加，这种影响主要体现在三个方面：第一，短波发射机腔体接点的更换耗时较长，一般需要花费1 小时以上时间更换1 个节点；第二，短波发射机腔体接点的更换无法由一名技术人员完成，最少需要两人合作进行更换；第三，属于专用元器件的短波发射机腔体接点需要由专业加工形式订购，不存在直接生产厂家，存在较高的生产成本、较高的质量要求、较低的使用数量、较为复杂的生产流程和生产工艺，这种情况下很难于市场上进行这类节点的采购，即便能够采购到也存在非常昂贵的价格。基于相关试验、实践等研究可以确定，寄生振荡和高频振荡存在于420C 型500kW 短波发射机的高末槽路中，高末腔体接点吱火会受此影响出现，进而导致弧光探测器动作，掉高压，播音的维持需要降功率实现，严重时会导致停播事故发生。考虑到高末腔体的重要性，振荡存在于高末槽路中属于短波发射机腔体接点烧坏的根本原因。

2.2 应对方法

为解决上文提及的短波发射机腔体接点烧坏问题，需首先围绕短波发射机开展示波器测试，以此结合输出波形进行分析。具体分析可以发现，存在严重失真的载波波形。进一步采用频谱分析仪开展针对性测试，可得到图3 所示结果。

图3 频谱分析仪测出的频谱

分析得到的波形能够发现，三次及以上的谐波存在于载波中，三次和五次谐波带来的影响最为深远，与波形失真存在直接关联。在末极放大作用下，高电压出现于高末槽路中，高末级打火过流保护因此发生，腔体接点因此烧坏，严重时还会导致其它高周元器件烧坏。考虑到高末槽路在短波发射机中主要发挥滤波、谐振、阻抗匹配等作用，结合PA 腔体的作用和原理，为解决相关问题，必须对PA 腔体粗调位置进行调整，以此实现三次以上谐波的躲开，辅以进一步细调，即可得到趋于理想正弦波的输出波形。在具体调谐过程中，可基于Π 网络双调谐回路进行高末槽路谐振回路调谐，电感L8 和电容C23 组成初级回路，电感L9 和电容C31 组成次级回路，移动腔体短路板负责改变电感L8 和次级电感L9 的感量，存在约190Ω 的双调谐回路输入阻抗，为实现PA 屏极电压和电流关系的改变，需对T 网络电容C32 和电感L11 进行调节，负载的轻重可随之改变。低谐波输出由简单调谐提供，基于高末级各元器件的作用和原理，将示波器接于T 网络输出端，腔体的粗调位置调整即可以载波输出波形为依据，理想的正弦波能够由此尽可能获得。T 网络线圈和PA 腔体的粗调位置属于主要调整对象，分析调整后的载波输出波形可以发现，载波中的寄生振荡和谐波分量得以有效减少，短波发射机因此得以具备更高的稳定性，同时实现的使用寿命延长、维护成本降低、维护工作量减少具备较高现实意义。

3 结论

综上所述，多方面因素均可能导致短波发射机腔体接点烧坏。在此基础上，本文涉及的耦合腔体结构、应对方法等内容，则直观展示了问题原因和处理路径。为更好保证短波发射机的安全稳定运行，日常维护中检测工作的严格开展、相关仪器设备的国产化探索同样需要得到重点关注。