| Меню сайта |
|
|
 |
|
Сверхмощные коротковолновые передатчики: детали истории
В "ЭИС” (№ 3, 2005 г.) была опубликована статья о сооружении в Советском
Союзе в 1970-1980-е годы прошлого века сверхмощных радиовещательных
станций, в том числе с 1000 и 2000 кВт КВ-передатчиками – самыми мощными
в мире. Этот выдающийся результат был достигнут в ходе масштабной
работы по умощнению существующего парка радиовещательных передатчиков,
проводившейся на радиоцентрах Министерства связи СССР под руководством
автора статьи В. Г. Буряка -талантливого инженера, разработавшего
оригинальные технические методы умощнения находившейся в эксплуатации
передающей аппаратуры, в том числе 500 кВт КВ-передатчиков "Боб-2”
(ПКВ-500) – до 1000, а затем до 2000 кВт. В его статье подробно описаны
реализованные им новые технические решения, позволившие удвоить, а затем
и учетверить мощность прототипа.
Однако за рамками статьи осталась предшествующая 20-летняя история
развития в Советском Союзе техники сверхмощных КВ-передатчиков, в первую
очередь, важнейшей их части – ВЧ-трактов, в ходе которой впервые в
мировой практике решались новые проблемы, возникшие при многократном
увеличении выходной ВЧ-мощности в сравнении с достигнутым ранее уровнем.
Первое поколение советских сверхмощных КВ-передатчиков – "Боб” и
"Боб-2” – мощностью 500 кВт разработали специалисты НПО им. Коминтерна.
Руководил этими работами выдающийся инженер и организатор, лауреат
Ленинской и Государственной премий Ю. А. Нефедьев.
Первой проблемой при разработке ВЧ-тракта 500 кВт КВ-передатчика
"Боб” в начале 1950-х стали лампы. Наиболее мощный в то время 100 кВт
триод был мал по мощности для 500 кВт передатчика и, кроме того, плохо
приспособлен для работы в очень удобной для КВ-диапазона схеме с общей
сеткой (ОС) из-за большого индуктивного сопротивления вывода его
управляющей сетки на частотах этого диапазона. Проблему решили
специалисты НПО "Светлана”, разработавшие семейство триодов мощностью до
250 кВт в единице на базе новой конструкции, идеально приспособленной
для схемы с ОС -с кольцевым безындукционным выводом сетки. Ещё одну
проблему – как заземлить по ВЧ в схеме с ОС вывод сетки триода,
одновременно изолировав его по постоянному току для подачи сеточного
смещения – помогли решить специалисты НПО "Позитрон”, создавшие
ВЧ-керамику с высокой диэлектрической проницаемостью и на её основе –
конденсаторы большой ёмкости различного назначения, в том числе для
заземления по ВЧ в схеме с ОС кольцевых выводов сетки новых ламп.
Казалось тогда, что все проблемы схемы с ОС – первоосновы мощных ВЧ
каскадов КВ-передатчиков – благополучно решены. Так оно и было, пока
позднее специалисты НПО "Светлана” не разработали для передатчика
"Боб-2” ещё более мощный 500 кВт триод, при включении которого в
классической схеме с ОС неожиданно возникли осложнения.
Из-за в четыре раза большей ВЧ-мощности нового передатчика в
сравнении с существующими и значительно большей выходной ёмкости новых
250 кВт триодов (по два в параллель в каждом плече двухтактной схемы)
ВЧ-ток в анодном контуре выходного ВЧ-каскада в несколько раз
превосходил ток в аналогичных цепях менее мощных передатчиков.
Сопротивление нагрузки, необходимое для оптимального режима работы ламп,
напротив, в несколько раз уменьшилось. Для таких новых условий
контурные индуктивности и элементы связи с нагрузкой выходных
ВЧ-каскадов менее мощных КВ-передатчиков оказались непригодными. Для
реализации 500 кВт ВЧ-каскада необходимы были новые идеи, новые
конструкции.
Первую проблему разработчики решили, выполнив индуктивность анодного
контура выходного ВЧ-каскада в виде короткозамкнутого отрезка
двухпроводной линии из медных труб большого диаметра, размещенного
вертикально в экранированной двухэтажной шахте. Такая необычная для
КВ-диапазона конструкция позволяла настроить анодный контур на высшие
частоты диапазона при существенно большей его начальной ёмкости,
обусловленной крупногабаритными лампами, и, кроме того, выдерживала без
перегрева выросшие в несколько раз ВЧ-токи. Позднее усовершенствованный
вариант индуктивности такого типа был использован в анодных контурах
выходного и предоконечного ВЧ-каскадов новой модели 500 кВт
КВ-передатчика – "Боб-2”, а затем, с минимальными доделками, при
умощнении этого передатчика до 1000 и 2000 кВт.
Для согласования в новых необычных условиях анодной цепи ламп
выходного ВЧ-каскада с нагрузкой – входным сопротивлением антенного
фидера, меняющимся в широких пределах при смене рабочих частот и антенн
-разработчики использовали опыт сооружения антенно-фидерных устройств
КВ-диапазона. В полностью экранированном помещении разместили
согласующее устройство (СУ), схожее по схеме и конструкции с
аналогичными устройствами наружной установки, используемыми в
антенно-фидерной технике. СУ настраивалось так, чтобы независимо от
рабочей частоты или антенны нагрузкой выходного ВЧ-каскада служило
постоянное по величине активное входное сопротивление коаксиальных
фидеров, соединяющих выход каскада с СУ. Опыт включения СУ на выходе
ВЧ-тракта сверхмощного КВ-передатчика оказался столь эффективным, что
устройство такого назначения было применено позднее – в значительно
более компактном конструктивном исполнении - в 500 кВт КВ-пере-датчике
"Боб-2” и опять-таки усовершенствованное, в 1000 и 2000 кВт
модификациях.
Ещё одной новинкой, впервые использованной в первом 500 кВт
КВ-передатчике, была модуляция на анод трёх мощных ВЧ-каскадов:
выходного, предоконечного и предшествующего ему, вместо двух в менее
мощных передатчиках, где лампы включались по схеме с ОС. Благодаря этому
качественные показатели сверхмощного передатчика ничем не уступали
показателям его менее мощных собратьев. Модуляция трех каскадов
впоследствии использовалась в передатчике "Боб-2” и его умощнённых
модификациях.
При разработке десятилетием позднее 500 кВт КВ-передатчика "Боб-2”
специалисты НПО им. Коминтерна использовали все перечисленные, хорошо
оправдавшие себя новшества предыдущей 500 кВт модели. Однако появились
также совершенно новые проблемы. Одна из них – подавление излучений
высших гармоник рабочей частоты на ВЧ-выходе (такое требование во время
создания первой 500 кВт модели к КВ-передатчикам ещё не предъявлялось). В
менее мощных КВ-передатчиках эта задача решалась с помощью выходной
контурной системы (ВКС), в последовательном звене П-контура которой
использовалась типовая спиральная катушка индуктивности с подвижным
замыкателем витков. Для ВКС 500 кВт передатчика индуктивности такого
типа по ряду причин были неприемлемы. Разработчики решили эту проблему,
построив ВКС на основе иного, необычного для КВ-диапазона принципа – в
виде расположенной горизонтально в экранированном коридоре двухпроводной
длинной линии из медных труб большого диаметра, вдоль которой на одной
неподвижной и двух подвижных каретках размещались наборы вакуумных
конденсаторов постоянной ёмкости, образующие совместно с отрезками линии
между точками их подключения два П-контура, обеспечивающих эффективную
фильтрацию высших гармоник. Новая конструкция отличалась двумя
чрезвычайно важными для особо больших мощностей качествами –способностью
выдерживать без перегрева самые большие ВЧ-токи и отсутствием нерабочих
частей, неизбежных в обычных спиральных катушках индуктивности с
подвижным замыкателем (паразитная ёмкость этих частей создавала
труднорешаемые проблемы, усугубляющиеся с увеличением мощности).
Новая 500 кВт ВКС на основе длинной линии оказалась чрезвычайно
удобной базой для дальнейшего умощнения. В. Г. Буряк изобретательно
увеличил число П-контуров прототипа и электрическую прочность их
ёмкостных ветвей – всё это в тех же габаритах. Фрагмент такой ВКС,
ёмкостные ветви П-контуров которой доработаны до 2000 кВт, показан на
фото, приведенном в статье В. Г. Буряка ("ЭИС”, 2005, № 3, с. 14).
Ещё одна проблема возникла на заключительном этапе разработки в ходе
регулировки опытного образца передатчика "Боб-2” на Кубанском
радиоцентре в виде интенсивной паразитной генерации в выходном
ВЧ-каскаде, построенном на новых 500 кВт триодах ГУ-65, более
крупногабаритных, чем их менее мощные предшественники. Частота этой
паразитной генерации была близка к верхней границе рабочего диапазона
передатчика, из-за чего обычные антипаразитные меры оказались
неприемлемыми. Причина этой неприятности была нестандартной –
электрический резонанс в заземляющем сетку по ВЧ кольцевом керамическом
конденсаторе, диаметр которого у нового триода был существенно больше,
чем у менее мощных ламп, а частота резонанса по этой причине ниже и
близка к рабочим. Эта неожиданная проблема была решена путем
гальванического – без конденсатора – заземления вывода сетки. Для
обеспечения при этом отрицательного сеточного смещения пришлось включить
резистор в цепь постоянной составляющей катодного тока вместо обычного
источника смещения в цепи сетки. Новый вариант схемы с ОС не только
кардинально решил проблему устойчивости ВЧ-каскада на триодах ГУ-65, но,
как оказалось, обеспечил хорошие и стабильные качественные показатели
при модуляции независимо от режима лампы, чего старая схема не
гарантировала. Эта особенность новой схемы была обусловлена
отрицательной обратной связью по модулирующему НЧ-сигналу за счёт
катодного резистора. В дальнейшем стабильность качественных показателей
независимо от режима лампы – неожиданная особенность нового варианта
схемы с ОС – позволила В. Г. Буряку при умощнении до 2000 кВт так
изменить режим триодов ГУ-65 в сравнении с 500 кВт прототипом и его 1000
кВт модификацией, чтобы вдвое увеличить мощность на несущей, получаемую
от каждой лампы, сохраняя в этом форсированном режиме, благодаря новой
схеме, хорошие качественные показатели при модуляции. В условиях, когда
более мощных ламп, чем триод ГУ-65, не существовало, схема с
гальваническим заземлением сетки и катодным резистором помогла В. Г.
Буряку решить проблему получения 2000 кВт на имевшихся в наличии лампах.
В передатчике "Боб-2” была использована П-образная компоновка
оборудования в генераторном зале, как в первой 500 кВт модели. Указанная
компоновка и занимаемая оборудованием площадь были сохранены при
дальнейших умощнениях. Это можно видеть на фото, приведенном на с. 16
"ЭИС”, № 3, 2005 г., представляющем фронтальный вид 2000 кВт
передатчика, сооруженного путём умощнения передатчика "Боб-2” на
Ангарском радиоцентре.
Общий вид КВ - передатчика мощностью 2 МВт
При создании 500 кВт КВ-передатчиков "Боб” и "Боб-2” были найдены
новые схемно-конструктивные решения ВЧ-трактов, которые наилучшим
образом и с большим запасом соответствовали специфическим условиям и
требованиям самых больших мощностей. Многолетний опыт эксплуатации
подтвердил высокую эффективность, а В. Г. Буряк умело использовал их
потенциальные возможности для реализации 1000 и 2000 кВт.
Фрагмент выходной контурной системы КВ - передатчика мощностью 2
МВт
При сооружении 1000 кВт модификации В. Г. Буряк разработал и
реализовал не только технические решения, необходимые для удвоения
мощности, но также новую чрезвычайно удачную технологию самого процесса
умощнения – с использованием дополнительных узлов и установок, входящих в
комплекты умощнения, поставляемые промышленностью. При разработке 2000
кВт модификации поначалу планировалось осуществлять её по такой же
технологии, как 1000 кВт – на месте установки передатчиков "Боб-2” с
использованием поставляемых промышленностью комплектов умощнения. Но для
таких комплектов необходимы были в четыре раза более мощные, чем
существовавшие тогда, элементы внутреннего фидерного тракта:
коаксиальные фидеры, фидерные переключатели внутренней установки и
фидерные телевизионные фильтры, более мощные тиристорные выпрямители
анодного питания, а также специфические узлы и детали для доработки
аппаратуры ВЧ-тракта, которые невозможно было изготовить в условиях
радиоцентров. Разработать рабочие чертежи этих новых узлов и установок и
изготовить их могло только специализированное предприятие
промышленности. Министерство связи СССР обратилось за помощью к НПО им.
Коминтерна.
В соответствии с соглашением о совместной работе экспериментальное
производство НПО изготовило для умощнения до 2000 кВт существующего на
Ангарском радиоцентре передатчика комплект дополнительного оборудования,
в состав которого вошли новые узлы и установки, в том числе специально
разработанные в НПО элементы более мощного внутреннего фидерного тракта,
новые тиристорные выпрямители и др. Сотрудники НПО – лаборанты и
конструкторы – трудились затем на Ангарском радиоцентре в ходе работ по
умощнению вместе со специалистами группы В. Г. Буряка и эксплуатационным
персоналом без какого-либо ведомственного разделения – задача была
общей.
В ходе работ в Ангарске стало очевидно, что технология умощнения,
столь хорошо оправдавшая себя в 1000 кВт модификации, для 2000 кВт не
годится из-за значительно большего объема нового оборудования и
доработок старого. Все согласились, что 2000 кВт в дальнейшем
целесообразнее реализовать в новом передатчике такой мощности, а не
умощняя существующие передатчики "Боб-2”. Соответственно Ангарский,
умощненный до 2000 кВт передатчик, послужил основой для разработки в НПО
им. Коминтерна конструкторской документации (КД) для серийного
производства новых комплектных 2000 кВт КВ-передатчиков. В это же время
НПО "Светлана” разработало модификацию ГУ-6 5 с керамическим баллоном –
триод ГУ-88. Этим была снята проблема перегрева коварового спая
стеклянного баллона ГУ-65 при работе на верхних частотах КВ-диапазона.
Первый серийный 2000 кВт КВ-передатчик был установлен на радиоцентре в
Украине.
Помимо 2000 кВт КВ-передатчиков, Министерству связи необходимы были
КВ-передатчики мощностью 1000 кВт. НПО им. Коминтерна разработало КД для
серийного производства передатчика такой мощности, отличающегося от
2000 кВт образца менее мощными источниками электропитания и облегченными
режимами ламп выходных ВЧ- и НЧ-каскадов. И для завода НПО, и для
заказчика (Министерства связи СССР) выпуск новых 1000 и 2000 кВт
унифицированных КВ-передатчиков был технически, экономически и
организационно рациональнее, чем изготовление и поставка (наряду с
новыми мощностью 2000 кВт) старых 500 кВт передатчиков "Боб-2” с их
последующей доработкой до 1000 кВт на месте установки, при которой
использовалась лишь часть только что изготовленного оборудования. Первый
серийный унифицированный 1000 кВт КВ-передатчик был установлен на
радиоцентре в Молдавии.
История сверхмощных КВ-передатчиков в Советском Союзе заняла три
десятилетия. Пиковой точкой этой эпопеи стал 2000 кВт передатчик, в
котором технические предпосылки дальнейшего увеличения мощности,
заложенные разработчиками первого и второго 500 кВт образцов, успешно
реализовались благодаря остроумным усовершенствованиям, предложенным В.
Г. Буряком. Эпоха сверхмощных КВ-передатчиков завершилась. "Ахиллессовой
пятой” этих огромных машин было их большое энергопотребление, не
приемлемое в условиях стремительного роста стоимости всех видов энергии в
конце XX - начале XXI вв. Спутниковое радиовещание и эфирное цифровое
радиовещание на KB позволят решать те задачи, которые ранее были по
силам только сверхмощным КВ-передатчикам, при меньших на порядок
энергетических затратах на передающем конце. Поэтому за ними – будущее.
Примечание
1.Ю. А. Нефедьев (1910-1983), лауреат Ленинской и Государственной
пре мий, д. т. н., руководитель разработки нескольких поколений мощных и
сверхмощных стационарных КВ - передатчиков, а также мощных подвижных КВ
- радиостанций для армии и флота
 |
| Категория: История и впечатления | Добавил: UY0LL (03.04.2010)
|
| Просмотров: 3990
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
| Вход на сайт |
|
|
|
| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
Посетители сегодня:
|
|
|
Приветствую Вас Гость
PDA| 
рассылка по почте