Создание сверхмощных радиовещательных станций

часть 4

В.Г. Буряк

Однотактный радиовещатедьный КВ-передатчик "Гриф" мощностью 1000 кВт.
Подготовка к созданию нового поколения сверхмощных радио-передающих устройств КВ-диапазона

С освоением высоких уровней мощностей стала очевидной необходимость перехода на однотактное построение КВ-передатчика и всего тракта канализации в.ч. энергии.

Отечественный опыт создания однотактных КВ-передатчиков к тому времени ограничивался мощностью 20 кВт (передатчик "Молния-3"), зарубежный опыт - мощностью 500-600 кВт.

Для радиовещания с территории СССР на большие расстояния (с двумя отражениями от ионосферы), как уже отмечалось, требовались КВ-передатчики значительно больших уровней мощности. Кроме того, передатчики повышенного уровня мощности были необходимы и на трассах с одним отражением от ионосферы при применении частотосберегающих способов организации КВ-радиовещания [27], при котором предусматривается покрытие вещанием на одном частотном канале (одним передатчиком) увеличенных секторов территории, но при этом мощность передатчика тоже должна быть пропорционально увеличена1.

Поэтому разработка однотактных радиовещательных КВ-передатчиков велась из расчета получения в конечном счете передатчиков мощностью 1000, 2000 и 4000 кВт.

В 1979 г . были завершены исследования различных вариантов построения в.ч. тракта и ВКС сверхмощных однотактных КВ-передатчиков [10], выполненные Группой умощнения и положенные в основу разработки однотактного КВ-передатчика мощностью 1000 кВт. Такой однотактный КВ-передатчик получил название "Гриф".

Предложен новый принцип построения сверхмощной однотактной ВКС, показанный в упрощенном виде на приведенном ниже рисунке. Индуктивности П-контуров, входящих в состав такой ВКС (показан вариант с двумя П-контурами), создаются многослойной конструкцией экрана фидера, соединяющего анод лампы выходного каскада с антенной. Такое решение удачно сочетает необходимые качества: уменьшенную плотность в.ч. токов (малые потери), отсутствие влияния нерабочей части на режим передатчика, независимость длины конструкции от количества П-контуров, возможность получения повышенной фильтрации при выборе рабочих длин, равных 1/4 длины волны гармоники и др. С ростом мощности целесообразность применения предложенной ВКС возрастает, что открывает путь к разработке более мощных КВ-передатчиков нового поколения.

Учитывая положительный опыт совместных работ по созданию передатчика "Кондор-1", было принято реше­ние о продолжении разработки передатчика "Гриф" совместными усилиями специалистов НПО им. Коминтерна и Группы умощнения.

Разработка проекта передатчика "Гриф" была закончена в 1981 г . Было предусмотрено использование в выходном каскаде нового тетрода "Карабин" мощностью 1000 кВт, создание которого в НПО "Светлана" приближалось к завершению. Для обеспечения устойчи­вости работы такого крупногабаритного тетрода применили схему с общей сеткой и гальваническим заземлением экранной сетки. Это, в свою очередь, потребовало решить новые проблемы подачи питающих и модулирующих напряжений на гальванически заземленную экранную сетку и др.

Впервые предусмотрена механизация процесса замены радиолампы - вес тетрода "Карабин" 135 кг , и его замена вручную была невозможной.

Одновременно разработали и затем построили для передатчика "Гриф" уникальную синфазную антенну мощностью 1000 кВт с несимметричным входом и однотактной схемой питания симметричных вибраторов. Впервые в КВ-антеннах такого уровня мощности в качестве распределительных фидеров применены мощные коаксиальные кабели промышленного изготовления. Эта разработка (автор Г. А. Клигер) являлась прообразом антенных систем для сверхмощных однотактных КВ-передатчиков нового поколения.

Проект передатчика "Гриф" реализован на радиостанции РВ-354 Талдомского радиоцентра. Радиостанция введена в эксплуатацию в 1986 г . после поступления на объект образцов тетрода "Карабин" (ГУ-99А, ГУ-107А). В период 1986-1988 гг. проводилась опытная эксплуатация образцов этого тетрода на реальном радиовещании мощностью 1000 кВт. Вариант тетрода ГУ-107А с сетками из пиролитического графита удовлетворил требованиям разработки с 20%-ным запасом по выходной мощности.

Важная роль в освоении нового сверхмощного тетрода "Карабин", установлении требуемых электронных режимов принадлежит Т.Г. Хвиливицкому и И.С. Либману, возглавлявшему разработку этого электровакуумного прибора.

В результате выполнения комплекса названных работ были апробированы на уровне мощности 1000 кВт основные принципы и технические решения однотактного построения сверхмощных КВ-передающих устройств.

Создание сверхмощных КВ-передатчиков нового по-коления более высоких уровней мощности стало реаль-ной задачей, но экономический кризис в России начала 90-х годов привел к приостановке финансирования этих работ.

Одноблочный радиовещательный ДВ-передатчик мощностью 2500 кВт РВ-99

Разработка сверхмощного радиовещательного ДВ-передатчика для радиостанции РВ-99 основана на результатах, полученных на передатчике "Кондор-1". Действительно, все системы передатчика "Кондор-1", кроме в.ч. блока, удовлетворяли требованиям новой разработки. Положительный результат достигался применением в выходном в.ч. каскаде ДВ-передатчика мощностью 2500 кВт бигармонического (полигармониче­ского) режима, обеспечивающего более высокий КПД. Но в данной статье мы намеревались лишь затронуть проблемы, связанные с устойчивостью работы выходного в.ч. каскада и охлаждением ВКС.

Выходной каскад мощностью 2500 кВт построен по однотактной схеме на шести параллельно работающих лампах ГУ-88А. Суммарная крутизна характеристики достигла небывалой для практики построения в.ч. усилителей величины - 3000 мА/В. Поэтому обеспечение устойчивой работы усилителя, без самовозбуждений, при столь высокой крутизне характеристики и схеме с общим катодом - непростая задача.

Хотелось бы отметить предложенную А.А. Пироговым еще в начале 60-х годов методику анализа процессов паразитного самовозбуждения, основанную на рассмотрении усилителя с паразитным самовозбуждением как автогенератора, построенного по известной трехточечной схеме. Методика оказалась весьма плодотворной. В частности, из рассмотрения паразитного самовозбуждения по такой методике вытекает простое правило: для обеспечения устойчивости работы усилителя резонансная частота паразитного анодного контура должна быть ниже резонансной частоты паразитного сеточного кон-тура. В этом случае устойчивость, как правило, обеспечивается без традиционных антипаразитных резисторов.

Нужная расстановка резонансных частот для обеспечения устойчивости работы выходного каскада осуществлена благодаря его конструкции и уточнена посредством измерений, выполненных в так называемом холодном состоянии (без источников питания).

При мощности 2500 кВт и однотактной схеме активная составляющая в.ч. тока на входе ВКС превышает 300 А на несущей. В таком случае, если придерживаться принятого для передатчиков меньшей мощности соотношения реактивной и активной составляющих, суммарный в.ч. ток в ВКС достигал бы тысяч ампер. Охлаждение такой ВКС стало бы труднореализуемой задачей (следует иметь в виду, что в.ч. ток протекает только по поверхности проводника). Неслучайно проводились исследования криогенных способов охлаждения катушек индуктивности сверхмощных ВКС.

При разработке передатчика РВ-99 был выбран иной путь решения проблемы - в ВКС резко снижены величины реактивных в.ч. токов. Применено соотношение реактивная/активная составляющие порядка 0,7 (добротность нагруженного контура меньше 1). В результате суммарный ток в катушках индуктивности превышал его активную составляющую всего на 20-25%, и для охлаждения ВКС оказалась достаточной обычная вентиляция помещения.

ВКС передатчика мощностью 2500 кВт, несмотря на столь низкие добротности нагруженных контуров, обеспечивает ослабление мощности гармоник на его выходе до <50 мВт (относительный уровень <-77 дБ), в том числе гармоник боковых полос, измеряемых при 100%-ной амплитудной модуляции.

Интересно отметить, что внешний вид катушки индуктивности ВКС сверхмощного ДВ-передатчика напоминает катушку КВ-диапазона (всего 7 витков), в то время как ВКС сверхмощного КВ-передатчика скорее походит на технику сверхвысоких частот. Такая тенденция вызвана снижением абсолютных значений индуктивности с ростом мощности.

Сверхмощная ДВ радиовещательная станция РВ-99 введена в эксплуатацию в 1984 г . в Талдомском радиоцентре для радиовещания на центральные регионы европейской части страны на частоте 263 кГц. Одновременно она обеспечивала в тот период подачу вещательной программы на многочисленные удаленные узлы проводного вещания.

История развития радиостанций тесно связана с историей страны. В день открытия Чрезвычайной сессии Верховного Совета РСФСР 21 августа 1991 г ., в период действия ГКЧП и полной информационной блокады, прямая трансляция сессии осуществлялась сверхмощной радиостанцией РВ-99 и специалистами, участвовавшими в ее создании.

Заключение

Излагая историю динамичного развития отечественных сверхмощных радиовещательных станций в период 70-80-х гг., автор пытался показать специфику работы с высокими уровнями мощностей на примерах решения возникавших при этом научных и технических проблем.

Описываемые в статье события происходили в атмосфере всеобщего творческого подъема, стремления познать неведомое, доброжелательного сотрудничества всех участников работы - работников науки, эксплуатации и строительных организаций, независимо от их ведомственной принадлежности.

В этот период был достигнут небывалый уровень мощности в единице АМ радиовещательных передающих устройств. В ДВ-СВ-диапазоне получена мощность 2500 кВт при одноблочном построении передатчика, что в 2,5 раза превысило уровень мощности в одном блоке такого оборудования. В КВ-диапазоне успешно реализована мощность 2000 кВт, что в четыре раза превысило уровень, достигнутый ранее в мировой практике создания радиовещательных КВ-передатчиков.

В научном плане вышеописанные работы, по существу, затрагивают область высокочастотной энергетики. На их основе осуществлялось планомерное умощнение и техническое перевооружение существующих радиостанций. На эти цели направлялись значительные капиталовложения и материальные ресурсы. Работы велись по всей стране: от Григориополя и Советска на западе до Комсомольска-на-Амуре на востоке. В результате к концу 80-х годов на территории СССР в сети АМ радиовещательных станций работало около 55 сверхмощных радиопередающих устройств, не считая многочисленных передатчиков мощностью ниже 1000 кВт.

Среди сверхмощных передатчиков работало 27 КВ-передатчиков мощностью по 1000-1200 кВт и 4 КВ-передатчика мощностью по 2000 кВт. Ни в одной стране мира не было радиовещательных КВ-передатчиков такого высокого уровня мощности.

Выполненные работы существенно повысили эффек-тивность действия отечественных радиовещательных станций. В области АМ-радиовещания Советский Союз стал самой мощной и "дальнобойной" державой.

Создание в 70-е - 80-е годы сверхмощных радиопередающих устройств явилось значительным событием в истории отечественного мощного радиостроения.

Автор выражает признательность А.Т. Титову и Л.В. Костромовой, оказавшим помощь в подготовке статьи.

Примечание

1. Частотосберегающий способ организации КВ-радиовещания проверен экспериментально. На радиостанции РВ-125, ведущей вещание на страны Западной Европы (с одним отражением от ионосферы), применена антенная система с шириной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 50° вместо обычно применяемой ширины порядка 25°. При этом передатчик мощностью 1000 кВт (один частотный канал) обеспечил прием радиовещания на территории, большей в два раза, чем обычно, с качеством, эквива­лентным достигаемому на меньшей территории при мощности передатчика 500 кВт.

Статья помещена в музей 11-15 октября 2006 года