短波波段高功率固态发射机的设计分析

随着现代通信技术的发展，短波波段高功率固态发射机因其独特的特点在现代通信技术中被得到重点应用。该文所涉及的发射机是一种基于短波波段、高输出功率、超宽频带以及低杂散辐射分量和效率较高的固态发射机，主要阐述设计思路及原理，并加入了一些技术参数和设计选型，通过对短波固态发射机主要组成单元与技术参数以及短波高功率固态发射机的设计构想做简单阐述并简述原理，可以为一些短波高功率固态发射机的设计者和开发者提供一些参考。

【关键词】短波 高功率 发射机 固态

1 前言

在短波通信系统以及超视距雷达系统当中，短波波段高功率发射机是其重要的组成部分。在通信系统和雷达电子系统当中一般频率覆盖达到3MHz-30MHz的波段称为短波波段，该波段一重点的典型特征为电磁信号能够被电离层反射，工作在此波段的电子系统可以在不受地球曲面影响的情况下，实现超视距通信和探测，因此该波段是一种较为特殊且重要的波段。对于目前的通信系统和雷达系统短波发射机、天馈线以及激励器组成了短波波段的发射系统，短波发射机是该系统中极为重要的组成部分。其一般可分为真空管发射机和全固态发射机，二者相比全固态发射机具备可靠性高、低压工作、工作寿命长、瞬时宽带宽以及可实现瞬时开关机等优点。但采用全固态发射机则需要较高的功率一般需要达到5KW-10KW，为此做好短波波段高功率固态发射机的设计十分重要。

2 短波固态发射机主要组成单元与技术参数

对于短波固态发射机的组成主要由射频系统、供配电系统、监控系统以及冷却系统等组成。其中射频系统又包括前级、中间级和末级放大器组件、功率合成器、功率分配器、环流器以及定向耦合器等。此外如有谐波抑制要求的固态发射机其还需加装谐波滤波器。短波固态发射机的主要参数则包括工作频率、发射信号稳定性、输出功率、频谱纯度以及综合效率等。针对脉冲式发射机除以上参数外还有一重要参数为射频信号的脉冲波形。虽然大部分短波波段固态发射机由以上部件及技术参数构成，但是对于其受功能的不同需求，其部件构成和技术参数也存在着一些不同之处，主要体现在：

（1）受短波频率低于微波频率因素，在短波波段不存在隔离器和环形器部件。

（2）对于具有一定的线性度短波固态发射机，其可以调节射频通道的前级衰减器进而降低发射机的输出功率，因此短波固态发射机其需要有电控衰减器部件的组成。

（3）由于短波固态发射机的固态功放以及输出合成器必须是宽带部件，因此对于6MHz-30MHz的宽带，中低端频率射频信号其通频带内存在高次谐波，因此需要加装滤波器。总之，功率放大器、功率合成器以及功率分配器是短波固态发射机的核心，其他辅助原件要根据实际情况适当装配。

3 短波高功率固态发射机的设计构想

3.1 确定设计参数

对于短波波段高功率固态发射机的设计其技术指标设计有别于普通短波固态发射机。首先从工作频率上采用6MHz-30MHz，而不是短波覆盖的3MHz-30MHz频率，这是因为在3MHz-6MHz的频率段，电离层关于射频信号的发射效果不佳，此外其频带展宽使得发射机的研制难度增大；其次在输出功率的选择上一般要大于10KW，所谓高功率就是要比通常的固态发射机功率要高，目前普通短波固态发射机的输出频率均在10KW以下，此外其激励频率也应在10KW左右；再次在发射信号频谱纯度的选择上要选择杂散辐射分量小于-70dBc，谐波分量小于-50dBc的参数，这是因为高功率短波固态发射机的的谐波分量较大，而谐波也是杂散的组成部分，因此对于发射信号频谱纯度要求较高；此外对固态发射机的效率、长期稳定性、以及冷却形式上高功率短波固态发射机均有更好的要求，一般其效率应在20%以上，幅度差小于0.5dB/天，相位差小于5°/天，冷却方式采用风冷等技术设计参数。

3.2 确定技术方案

在确定了短波高功率固态发射机的设计技术参数后，就应该按照该技术参数确定技术方案。在方案的选择中首先要确定末级功放组件的输出功率。一般情况下，为了提高发射机的可靠性晶体管功率放大器一般采用300W左右的对管或者两只150W的晶体单管组成的宽带推挽功放电路。该方案的确定是因为对于高功率固态发射机其是利用多路末级功放合成为高功率的，因此为了能够更为提高可靠性，我们可采用降额设计，即在末级功放组件采用四路输出功率为250W的推挽功放进而使得合成后的输出功率可达900W。在确定了末级功放组件后，由于设计参数选择的输出功率为大于10KW，因此要依照此参数确定末级功放组件的组合数量以及合成器，一般在考虑输出滤波器以及合成损耗的因素后，我们可以初步选择16个末级900W的功放组件来合成。由于16个末级900W的功放组件体积空间加大，因此我们采用2*8的方式设计，即将16个末级900W的功放组件平均分配给两个机柜当中，最后再将两个机柜进行合成，这样便降低了对其冷却的难度。此后就要考虑滤波器的设置，一般我们应采用分段设置低通滤波器，并且使得数量尽量减少，一般可采用四个。在以上组件的确定后，我们便可以按照组件的特点选择前级功放组件、中间级功放组件、功率分配器、电控衰减器以及定向耦合器，对于这些部件原则上选择小型化设计，这样便于机柜的合成以及冷却设计。

4 结论

综上所述，短波波段高功率全固态发射机具备可靠性高、低压工作、工作寿命长、瞬时宽带宽等优点已经成为了在短波通信系统以及超视距雷达系统当中的重要装备。对于短波波段高功率固态发射机的设计要从设计发射机的技术指标开始，通过技术指标选择合适的技术实施方案，然后再通过确定发射机的射频通道并进行指标分配和计算，然后在设计各组装部件，在配备辅助设备，最终完成短波波段高功率固态发射机的设计。

参考文献

[1]黄建明.短波发射机高稳频率合成器的设计与实现[D].武汉理工大学，2010.

[2]曲令军.影响短波发射机功率的因素分析[J].硅谷，2014.

[3]付以波，王文疆.大功率短波发射机中和电容的技术改进[J].广播电视信息，2011.

[4]张轩.大功率短波发射机安全保护系统浅析[J].广播电视信息，2013.

作者单位

中国兵器工业第二O六研究所 陕西省西安市 710100