π-Γ网络在DF100A型短波发射机中的应用分析

国家新闻出版广电总局2022台 毛 刚

π-Γ网络在DF100A型短波发射机中的应用分析

国家新闻出版广电总局2022台 毛 刚

【摘要】本文从π网络的特点出发，详细阐述了π-Γ网络在DF100A型100kW发射机上的应用及网络元件计算方法，分析了在发射机上实际使用过程中常见的故障原因、处理思路和电路设计中采取的稳定措施。

【关键词】π-Γ网络；DF100A型短波发射机

1.引言

π网络是一种四端网络，具有滤波度高、阻抗变换范围宽和适用于大功率、低Q值阻抗匹配、线路简单等特点，因此广泛应用于大功率短波发射机屏极负载电路。π、Γ网络的并联支路和串联支路可以是电感元件，也可以是电容元件，但整个电路中必须同时包含电容和电感两种阻抗特性相反的元件，不然输出无法保证纯阻性。根据短波发射机的工作特点和低通滤波的要求，一般选用串联支路使用电感而并联支路使用电容的π网络和Γ网络，以DF100A型短波发射机为例，末级使用一节π网络进行谐振、滤波和阻抗变换，同时为了提高滤波能力，在π网络后增加一节Γ网络，组成π-Γ网络，如图1所示。

图1 DF100A型发射机高末π-Γ网络

由于电容、电感元件在不同频率下呈现出不同的阻抗，因此在使用中通过调整电容/电感量的大小，达到阻抗匹配于短波频段内不同频率的目的，此时整个网络呈纯阻性，并且具有最大值，下面以DF100A型发射机π-Γ网络的计算为例，详细讲述该网络的计算方法。

2.π-Γ网络计算分析

DF100A型短波发射机工作于3.2MHz到26.1MHz的频带围内，电子管屏极输出阻抗800Ω经过π网络后变换为100Ω，再经过Γ网络变换为75Ω作为不平衡输出，Q值选择18到20之间为最佳。

如图2，根据上述DF100A型发射机的特点，我们可知π网络输入阻抗Rin为800Ω，输出阻抗R3为100Ω，品质因数Q选择为19；Γ网络输入阻抗为100Ω，输出阻抗RL为75Ω。计算各频点的元件量时，把π-Γ网络等效变换为3个级联的Γ网络单独计算。

图2 π-Γ网络等效变换

Γ网络计算公式如下：

公式（1）、（2）中，Q为品质因数，Rp为并联支路端阻抗，Rs为串联支路端阻抗，Xs为串联支路元件阻抗，Xp为并联支路元件阻抗。

由图2可知：R1=800Ω，R3=100Ω，Q1=19，RL=75Ω，根据以上计算公式1，2，带入已知条件，计算出A、B、C网络元件的阻抗如下：

通过以上计算得知π-Γ网络各元件阻抗为：

XC1=42.1Ω，XC2=189.44Ω，XL1=56.9Ω，XL2=43.3Ω

由于短波发射机工作于3.2MHz到26.1MHz的频带范围，可知：3200kHz≤f≤26100kHz

使用MATLAB计算短波频带内π-Γ网络各频点的元件值，并生成元件曲线图如图3所示。

图3 π-Γ网络元件曲线图

由图3可以看出，电容电感元件具有一个共性：在相同的频率间隔下，随着频率f的增大，分布于元件曲线y轴方向上的点越密集，也就是说越趋近于高频，频率发生变化时元件量变化越小，发射机的调谐步长越短。频率越低，电路元件的电容/电感量越大，取边界频率3200kHz时， L1等于2.15μH，L2等于2.83μH，这个值也是发射机π-Γ网络设计中电感的最大值；C1约等于1182pF，C2约等于3598pF，参照图1，可得知DF100A型发射机上C36、C37选用最大电容量650pF，C38、C39选用最大电容量2000 pF的真空可变电容即可满足设计要求。

3.常见故障分析及稳定措施

3.1 常见故障分析处理

DF100A型发射机屏极输出π-Γ网络在工作中流过的射频电流较大，常有一些易发故障，分类讨论如下。

3.1.1 π网络电感接点打火

π网络电感，在发射机上也称为槽路。波段切换时，由短路棒短路掉电感不用的部分。电感短路棒上短路环接点打火，容易造成发射机调制器瞬间电流过大，导致发射机频繁发出“调制器过荷”报警。接点打火的原因，大部分是由于接触不良，引起接触簧片和电感短路棒之间打火，如果更换不及时，打火面积会越来越大，甚至会烧坏整个电感。因此，此类故障发生时，应该及时检查发射机，找出打火点，处理更换打火的器件。

平时维护中，应注意观察槽路电感短路环接点磨损情况，磨损严重影响接点接触的，要及时更换，并保证短路环接点的清洁，上面有灰尘、油垢的，及时处理掉。

3.1.2 真空电容器打火

电容器打火分两种情况，一种是电容内部打火，一种是电容金属体表面打火，形成原因有所不同，但都会引起发射机“高末阴流过荷”报警。

电容内部打火，多由电容的真空度下降，造成电容两端电位差较大时，极板之间拉弧，导致屏极电路瞬间电流过大，电子管阴流过大超过保护值，发射机出现“高末阴流过荷”报警。

电容金属体表面打火，多由电路寄生振荡引起。寄生振荡信号功率较大时，电容金属体部分对发射机机箱壁就近放电，引起电路瞬间电流过大，发射机发出报警信息，同时在电容表面留下打火点。同时该类型故障，也容易造成Γ网络电感，即发射机上的L13线圈打火，甚至烧坏。

日常维护中和故障处理中，针对前一种情况，应注意电容器的使用寿命，接近使用寿命时间时，周期性进行点温测试，如果一只电容器比另外一只电容器温度高出10℃左右，考虑更换下机；针对后一种情况，及时检查测量防振电阻的阻值，如阻值跟设定值误差过大需更换下机，同时应根据发射机运行情况调整中和电容。

3.1.3 阻抗匹配不良

发射机调谐时，电感和电容是同调的，在初始安装时，如果电容和电感的圈数调整不好，容易造成发射机末级输出网络阻抗失配。发射机瞬时驻波比过大，发射机频繁出现“反射功率切断”故障报警；L13电感上频繁打火，造成发射机出现“高末阴流过荷”报警。

此类故障出现时，可适当微调Γ网络电容和电感（即L13和C38、C39）的同调位置，直到发射机状态稳定为止，有条件时，也可使用网络分析仪测量整条电路的阻抗值对并元件进行调整，使其能够良好匹配。

3.2 稳定措施

由于发射机高末级是功率放大级，电压电流均很大，因此发射机整机稳定主要取决于高末级的稳定，因此高末级采取了以下措施，保证了高末级的工作稳定。

3.2.1 槽路线圈不用部分短路在零磁场

槽路电感L12（即π网络电感），使用前棒、后棒和顶棒三根短路棒，把电感上不用的部分短路在零磁场内，短路棒和电感均设计成中空，循环流水进行降温处理。

3.2.2 高频振荡的消除

由图1可知π-Γ网络两个并臂的电容，均使用两只电容并联的方式组成，由于真空电容波纹管的存在，并联可变真空电容可能出现较高频率的谐振，因此在两个并联电容的底部分别并联了阻值为110Ω的R29//30、R31//32无感电阻作为防震电阻，以消除高频振荡，如图4所示。

图4 DF100A型发射机高末π-Γ网络稳定措施

3.2.3 槽路寄生谐振峰的消除

由π网络电感产生的寄生谐振峰难以消除，因此在电感侧面加装了由C12、L1与电阻R33、R34并联组成的LCR串联谐振网络用以消除此谐振峰，串联谐振网络的谐振频率设计为40MHz到50MHz，如图4所示。

4.结语

π型网络，由于其阻抗变换范围宽、低Q值阻抗匹配和滤除高频性能好等特点，从而广泛应用于大功率短波发射机的末级输出网络。DF100A型100kW短波发射机利用π-Γ级联网络，完成高末电子管输出射频信号的谐振、阻抗匹配，并一定程度上滤除二次、三次以上的高频信号。熟悉其工作原理和计算方法，对于发射机维护具有重要的意义。

参考文献

［1］王健，王美玲，等.广播电视发送与传输维护手册（第4分册）［M］.无线电台管理局.

［2］刘长年，吴名森，等.广播发送技术［M］.无线电台管理局.

［3］张志涌，等.精通MATLAB R2011a［M］.北京∶北京航空航天大学出版社，2011.