本實用新型涉及一種發(fā)射機，尤其涉及一種甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機。

背景技術：

發(fā)射機是甚低頻發(fā)信的核心設備，其性能的好壞直接決定了整個通信系統(tǒng)的通信能力。目前甚低頻發(fā)射機發(fā)展經(jīng)歷了四個時代：

第一代是火花發(fā)射機；

第二代是亞歷山德遜交流發(fā)射機；

第三代是大功率電子管發(fā)射機；

第四代是全固態(tài)發(fā)射機。

第一、二代發(fā)射機均為第二次世界大戰(zhàn)前的設備，現(xiàn)在已經(jīng)不再使用。

第三代電子管發(fā)射機的優(yōu)點是單機功率大，缺點是效率不高，一般在大功率臺站普遍使用。近年來，電子管發(fā)射機技術也在更新，一是真空電子管技術發(fā)展迅速，使陰極和連柵損耗降低；二是發(fā)射機電路形式的改進，采用D類、E類高效開關放大器提高了整機效率。這使得電子管發(fā)射機仍具有很強的生命力，并將得到更大的發(fā)展。

第四代全固態(tài)發(fā)射機是所有類型發(fā)射機中效率最高的，代表著未來技術的發(fā)展方向，其優(yōu)點如下：

1.備班時間短：全固態(tài)甚低頻發(fā)射機沒有燈絲，不需預熱，可即開即用，非常適宜戰(zhàn)時需要。

2.效率高：全固態(tài)甚低頻發(fā)射機的開關放大器是所有放大器中效率最高的，可壓縮運行和維護的費用。

3.操作簡單：全固態(tài)甚低頻發(fā)射機的功率放大器是寬帶放大，不需調諧。整機可調元件亦比其它類型的發(fā)射機少。

4.結構標準化、系列化、可維性強：同類模塊的電路、結構易于標準化，可替代使用。

5.可靠性：發(fā)射機中部分功放模件出現(xiàn)故障時，整機可降低功率繼續(xù)工作。機器壽命長，半導體器件理論上壽命無限，實際上比真空器件長得多。

所以，世界各大國均在努力地發(fā)展全固態(tài)甚低頻發(fā)射機。

現(xiàn)有甚低頻固態(tài)發(fā)射機技術還有如下不足：

1.功率放大器采用D類“H”橋式電路，柵極驅動信號為雙極性硬開關控制方式，功率開關器件在開關瞬間承受大的電流應力和電壓應力，其開通和關斷過程損耗較大，高頻時尤為顯著。功率開關器件采用MOSFET或IGBT，MOSFET通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗較大，IGBT存在拖尾電流，頻率特性差，開關損耗大?，F(xiàn)有功率放大器效率≥92％。

2.功率輸出變壓器磁芯采用錳鋅鐵氧體，該材料雖然高頻損耗較低，但因其飽和磁感應值(Bs)較低，大功率條件下會使磁環(huán)的體積和重量比較大，成品率低。此外，鐵氧體的居里溫度較低，熱穩(wěn)定性差。

3.功率合成方式為將若干個功率放大器輸出進行同相位幅度疊加，合成后輸出波形為方波，諧波分量大，對濾波電路壓力大，整機諧波指標≤-45dB。

4.發(fā)射機功率放大器、高壓電源冷卻采用強迫風冷方式，噪音大。

5.高壓電源為集中調壓器整流形式，該種電源簡單成熟，但效率較低，體積大，控制不方便，負載和電源調整率差，電壓調整時間長，一旦出現(xiàn)故障就導致整機無功率輸出，可靠性低。

6.發(fā)射機調諧方式為手動、電動、預置三種，不能自動判斷并實時跟蹤負載狀態(tài)變化，需通過人工進行判斷、調整。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的解決現(xiàn)有技術問題，提供一種甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機。

為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型的技術方案是：一種甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機，包括用于接收信息數(shù)據(jù)并將信息數(shù)據(jù)調制生成模擬射頻激勵信號的信號處理系統(tǒng)，信號處理系統(tǒng)輸出端串接有功率放大系統(tǒng)，功率放大系統(tǒng)連接有用于對功率放大系統(tǒng)的輸出信號進行匹配、濾波的匹配濾波系統(tǒng)，匹配濾波系統(tǒng)連接調諧系統(tǒng)，調諧系統(tǒng)用于信號的調諧處理，并將信號輸送至外部發(fā)射天線；所述匹配濾波系統(tǒng)連接有用于調試、檢測的假負載；

該發(fā)射機還包括電源系統(tǒng)，電源系統(tǒng)為高壓直流電源，分別與所述信號處理系統(tǒng)、功率放大系統(tǒng)、匹配濾波系統(tǒng)、調諧系統(tǒng)連接，用于提供電能；

包括冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)采用雙循環(huán)方式，用于電源系統(tǒng)、功率放大系統(tǒng)的冷卻降溫，包括一次冷卻循環(huán)回路、二次冷卻循環(huán)回路，所述一次冷卻循環(huán)回路、二次冷卻循環(huán)回路同時流經(jīng)用于傳遞熱量的熱交換器，所述一次冷卻循環(huán)回路流經(jīng)電源系統(tǒng)和功率放大系統(tǒng)進行冷卻作業(yè)，一次冷卻循環(huán)回路中的高溫水將熱量通過熱交換器傳遞至二次冷卻循環(huán)回路中的低溫水，二次冷卻循環(huán)回路流經(jīng)至少1臺冷卻機進行降溫；

包括監(jiān)控管理系統(tǒng)，監(jiān)控管理系統(tǒng)用于對發(fā)射機的控制與保護，對狀態(tài)進行實時采樣，通過顯示設備進行展示；

所述功率放大系統(tǒng)包括數(shù)字階梯波發(fā)生器，數(shù)字階梯波發(fā)生器將模擬射頻激勵信號轉化成按一定時序排列的開關信號，數(shù)字階梯波發(fā)生器輸出端設有至少1個數(shù)字分配器，數(shù)字分配器分別連接有若干個功率放大器，功率放大器分別連接有功率合成變壓器，功率合成變壓器次級互相串聯(lián)，且連接與所述匹配濾波系統(tǒng)，所述功率合成變壓器的磁芯采用超微晶材料；

所述匹配濾波系統(tǒng)包括匹配電路，匹配電路輸入端與所述功率放大系統(tǒng)相連，匹配電路輸出端連接有濾波回路，濾波回路輸出端設有單刀雙擲開關，單刀雙擲開關一支路連接調諧系統(tǒng)，另一支路連接假負載；

所述調諧系統(tǒng)包括中間槽路，中間槽路輸入端與所述匹配濾波系統(tǒng)連接，中間槽路輸出端連接有天線耦合單元，天線耦合單元連接有天線調諧亭。

作為本實用新型的一種改進，所述功率放大器采用D類放大器，電路方式采用移相全橋控制，包括四支功率開關管，每支功率開關管不同時開通或關斷，開通或關斷時間受控。

作為本實用新型的另一種改進，所述冷卻系統(tǒng)的一次冷卻循環(huán)回路中設有多個水冷單元，水冷單元設置在所述電源系統(tǒng)和所述功率放大系統(tǒng)中。

進一步，所述電源系統(tǒng)包括至少1個開關柜，開關柜輸入端連接外部的高壓電源，開關柜輸出端連接有電力變壓器，電力變壓器連接有至少1個高頻開關電源，多個高頻開關電源構成組合電源，組合電源設有電源控制柜，高頻開關電源分別與所述信號處理系統(tǒng)、功率放大系統(tǒng)、匹配濾波系統(tǒng)、調諧系統(tǒng)連接，提供電能。

本實用新型的有益效果是：

1.功率放大器采用D類“H”橋式電路，柵極驅動信號采用移相全橋控制，使功率開關管接近零電壓、零點流開關，減小了損耗及功率開關管承受的尖峰電壓、電流。功率開關器件，通態(tài)電阻及開關特性更佳，驅動功率更小，功率開關器件可以減少70％損耗，新型功率放大器效率≥97％；

2.功率合成變壓器使用超微晶可以增強整機抗雷電、短路、過載等瞬間沖擊能力。

3.功率合成方式諧波分量小，對濾波電路壓力小，整機諧波指標≤-60dB。

4.發(fā)射機功率放大器、高壓電源冷卻采用液冷方式，將整機噪聲減小10dB，同時液冷可以保證固態(tài)器件管芯溫度較強迫風冷低20℃，且溫度波動范圍小，相對穩(wěn)定，從而可提高設備可靠性，延長固態(tài)器件使用壽命。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型功率放大系統(tǒng)結構示意圖；

圖3為本實用新型冷卻系統(tǒng)結構示意圖；

圖4為本實用新型電源系統(tǒng)結構示意圖；

表1為超微晶與錳鋅鐵氧體參數(shù)對比。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

如圖1所示，一種甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機，包括用于接收信息數(shù)據(jù)并將信息數(shù)據(jù)調制生成模擬射頻激勵信號的信號處理系統(tǒng)1，信號處理系統(tǒng)1輸出端串接有功率放大系統(tǒng)2，功率放大系統(tǒng)2連接有用于對功率放大系統(tǒng)2的輸出信號進行匹配、濾波的匹配濾波系統(tǒng)3，匹配濾波系統(tǒng)3連接調諧系統(tǒng)4，調諧系統(tǒng)4用于信號的調諧處理，并將信號輸送至外部發(fā)射天線(圖中未示出)；所述匹配濾波系統(tǒng)3連接有用于調試、檢測的假負載5；

該發(fā)射機還包括電源系統(tǒng)6，電源系統(tǒng)6為高壓直流電源，分別與所述信號處理系統(tǒng)1、功率放大系統(tǒng)2、匹配濾波系統(tǒng)3、調諧系統(tǒng)4連接，用于提供電能；

發(fā)射機還包括冷卻系統(tǒng)7，如圖2所示，冷卻系統(tǒng)7采用雙循環(huán)方式，用于電源系統(tǒng)6、功率放大系統(tǒng)2的冷卻降溫，包括一次冷卻循環(huán)回路701、二次冷卻循環(huán)回路702，所述一次冷卻循環(huán)回路701、二次冷卻循環(huán)回路702同時流經(jīng)用于傳遞熱量的熱交換器704，所述一次冷卻循環(huán)回路704流經(jīng)電源系統(tǒng)6和功率放大系統(tǒng)2進行冷卻作業(yè)，一次冷卻循環(huán)回路701中的高溫水將熱量通過熱交換器704傳遞至二次冷卻循環(huán)回路702中的低溫水，二次冷卻循環(huán)回路702流經(jīng)6臺冷卻機進行降溫。

所述冷卻系統(tǒng)7的一次冷卻循環(huán)回路701中設有多個水冷單元703，水冷單元703設置在所述電源系統(tǒng)6和所述功率放大系統(tǒng)7中，進行熱量交換。

功率放大系統(tǒng)2、電源系統(tǒng)6冷卻采用液冷方式，將整機噪聲減小10dB，同時液冷可以保證固態(tài)器件管芯溫度較強迫風冷低20℃，且溫度波動范圍小，相對穩(wěn)定，從而可提高設備可靠性，延長固態(tài)器件使用壽命。

發(fā)射機還包括監(jiān)控管理系統(tǒng)8，監(jiān)控管理系統(tǒng)8用于對發(fā)射機的控制與保護，對狀態(tài)進行實時采樣，通過顯示設備進行展示。

如圖3所示，所述功率放大系統(tǒng)2包括數(shù)字階梯波發(fā)生器201，數(shù)字階梯波發(fā)生器201將模擬射頻激勵信號轉化成按一定時序排列的開關信號的，數(shù)字階梯波發(fā)生器201輸出端設有多個數(shù)字分配器202，數(shù)字分配器202分別連接有若干個功率放大器203，功率放大器203分別連接有功率合成變壓器(圖中未示出)，功率合成變壓器次級互相串聯(lián)成為功率合成電路204，且連接與所述匹配濾波系統(tǒng)3，所述功率合成變壓器204的磁芯采用超微晶材料。

功率放大器仍采用D類“H”橋式電路，柵極驅動信號采用移相全橋控制，使功率開關管不同時開通或關斷，并通過控制每只功率開關管的開通或關斷時間，使其接近零電壓、零點流開關，減小了開關損耗及功率開關管承受的尖峰電壓、電流。功率開關器件采用SiC MOSFET和SiC Diode，通態(tài)電阻及開關特性更佳，驅動功率更小，功率開關器件可以減少70％損耗，新型功率放大器效率≥97％。

功率合成變壓器磁芯采用超微晶，該材料具有優(yōu)良的綜合磁性能，集硅鋼、坡莫合金、鐵氧體的優(yōu)點于一身，即高磁感、高導磁率、低損耗、及優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。如表1超微晶的飽和磁感應強度是鐵氧體的3倍，同樣體積的磁環(huán)要比鐵氧體輸出功率大2倍，同時有更大的抗過載能力。其磁環(huán)損耗在20kHz～50kHz的頻率范圍是鐵氧體損耗的1/5～1/2。導磁率是鐵氧體的10倍以上，因此激磁功率小，因而也減少了銅損。超微晶的居里溫度是570℃，是鐵氧體的3倍。功率合成變壓器使用超微晶可以增強整機抗雷電、短路、過載等瞬間沖擊能力。

表1超微晶與錳鋅鐵氧體參數(shù)對比

如圖1所示，所述匹配濾波系統(tǒng)3包括匹配電路301，匹配電路301輸入端與所述功率放大系統(tǒng)2相連，匹配電路301輸出端連接有濾波回路302，濾波回路302輸出端設有單刀雙擲開關303，單刀雙擲開關303一支路連接調諧系統(tǒng)4，另一支路連接假負載5。

功率合成方式為將若干個功率放大器輸出進行錯相位幅度疊加，合成后輸出波形為階梯波，諧波分量小，對濾波電路壓力小，整機諧波指標≤-60dB。階梯合成是通過將功率放大器輸入信號進行移相，功率放大器本身不改變信號相位，達到輸出信號錯相的效果。功率放大器輸入移相信號由階梯波發(fā)生器產(chǎn)生，方法是將模擬信號激勵器的正弦電壓信號與參考電壓用軟件的辦法相比較得到一系列時間脈沖，即用一定幅值的電壓橫向切割正弦模擬信號得到階梯方波開啟和關斷時間脈沖，再將這些脈沖進行組合得到移相信號。

所述調諧系統(tǒng)4包括中間槽路401，中間槽路401輸入端與所述匹配濾波系統(tǒng)3連接，中間槽路401輸出端連接有天線耦合單元402，天線耦合單元402連接有天線調諧亭403。

所述電源系統(tǒng)6包括5組開關柜601，開關柜601輸入端連接外部的高壓電源，開關柜601輸出端分別連接有電力變壓器602，每個電力變壓器602連接有2個高頻開關電源603，多個高頻開關電源603構成組合電源605，組合電源605設有電源控制柜604，高頻開關電源603分別與所述信號處理系統(tǒng)1、功率放大系統(tǒng)2、匹配濾波系統(tǒng)3、調諧系統(tǒng)4連接，提供電能。

高壓直流電源是整個發(fā)射機正常運行的基礎，其通過對電力的轉換、傳送和分配，完成對發(fā)射機中液冷功率放大器等用電設備的供電。主要由開關柜、電力變壓器、組合高頻開關電源電源等組成，這樣可以避免相互干擾，減少集中供電負荷，降低電源設備成本，保證發(fā)射機可連續(xù)處于待機狀態(tài)。高壓直流電源采用軟開關液冷電源，該電源采用高頻脈寬調制技術,軟開關技術、液冷技術，具有效率高、電磁兼容性好、噪聲低、溫升低、可靠性高、電氣性能優(yōu)越、體積小、安裝方便、維護簡單等特點。該電源由多個分布式開關電源模塊組成，個別功率模塊故障時，可自動退出工作，其它模塊仍可保持功率輸出，可靠性高。

工作流程如下：

首先，外接下發(fā)的信息數(shù)據(jù)(報文)到達信號處理系統(tǒng)1，通過此分系統(tǒng)的甚低頻信號激勵器將數(shù)據(jù)按要求的工作方式進行調制，生成的模擬射頻激勵信號送往功率放大系統(tǒng)2。激勵器輸出的射頻模擬信號在功率放大系統(tǒng)2經(jīng)數(shù)字階梯波發(fā)生器201轉換成按一定時序排列的開關信號，再通過數(shù)字分配器202將這些開關信號進行分組、分配，提供驅動信號給每一個功率放大器203進行功率放大，功率合成電路204再將放大后的信號進行功率合成輸出至匹配濾波系統(tǒng)3。匹配濾波系統(tǒng)3對功率放大系統(tǒng)2的輸出進行匹配、濾波，實現(xiàn)發(fā)信機輸出阻抗與假負載5的匹配，并抑制二次及以上諧波。調諧系統(tǒng)4對天線回路進行調諧，最終將輸出功率以最有效的狀態(tài)傳送到天線，并通過天線輻射出去。其間電源系統(tǒng)6不間斷的對發(fā)射機各系統(tǒng)、設備提供供電，冷卻系統(tǒng)7為設備提供水冷卻，監(jiān)控管理系統(tǒng)8完成發(fā)射機的控制與保護，對狀態(tài)進行實時采樣，對關鍵狀態(tài)予以監(jiān)視，在監(jiān)控中心進行界面化形式顯示。

甚低頻發(fā)射機采用的自動調諧方式為在自動預置的基礎上進行自動微調。

自動預置：發(fā)射機根據(jù)甚低頻信號激勵器設置的頻率對匹配濾波系統(tǒng)、調諧系統(tǒng)中的開關、可調電感的位置進行預置。甚低頻發(fā)射機工作頻段為15kHz～40kHz，按每0.5kHz一個點進行開關及可調電感位置信息的存儲，預置時直接調用?？筛鶕?jù)用戶需要，增加預置點。如果用戶使用了未存儲預置位置的頻率點，控制系統(tǒng)將首先按照與其最接近的頻率點進行預置，待發(fā)射機處于小功率發(fā)射狀態(tài)時再進行微調。

自動微調：是一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在調諧系統(tǒng)必須的位置設置采樣點，采得相應的電壓、電流信號。信號處理系統(tǒng)把取來的電壓、電流信號處理為自動調諧必須的信號，監(jiān)控管理系統(tǒng)根據(jù)自動調諧算法運行驅動電路，驅動調諧系統(tǒng)不斷循環(huán)趨近全諧振狀態(tài)，最終完成調諧。整個發(fā)射機的自動調諧要分布進行，調諧時對射頻信號的大小需要控制，保證調諧時設備的安全，要做到各部分均諧振的全諧振狀態(tài)，使系統(tǒng)發(fā)揮最大的發(fā)射效能。

所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。