Сверхмощные коротковолновые передатчики: детали истории

Все статьи на QRZ.RU Экспорт статей с сервера QRZ.RU Все статьи категории "Наша история"

Т. Г. Хвиливицкий

В "ЭИС" (№ 3, 2005 г.) была опубликована статья о сооружении в Советском Союзе в 70-80-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.

Ю. А. Нефедьев

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 50-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. Еще 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 ее основе - конденсаторы большой емкости 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" еще 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 емкости 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 емкости, 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-передатчике "Боб-2" и опять-таки усовершенствованное, в 1000 и 2000 кВт модификациях.

Еще одной новинкой, впервые использованной в пер­вом 500 кВт КВ-передатчике, была модуляция на анод трех 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 умощненных модификациях.

Фрагмент выходной контурной системы КВ - передатчика мощностью 2 МВт

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 еще 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 емкости, 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 емкость 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 емкостных ветвей - все это в тех же габаритах. Фрагмент такой ВКС, емкостные ветви П-контуров которой доработаны до 2000 кВт, показан на фото, приведенном в статье В.Г. Буряка ("ЭИС", 2005, № 3, с. 14).

Еще 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 счет 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 путем умощнения передатчика "Боб-2" на Ангарском радиоцентре. 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 .

Общий вид 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 ее 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-65 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.

Статья опубликована в журнале «Электросвязь: история и современность» №1, 2007 г.

Быстрый поиск в разделе:  (Подробнее) Найти Отредактировать текст этой статьи? Подписка на новости Свежий выпуск каждый день! Ваш Email: Все статьи Экспорт статей с сервера QRZ.RU

Рейтинг читателей этой статьи Рейтинг 4.16 балла на основе 19 мнений Отлично  14 73% Хорошо  0 0% Потянет  2 10% Неприятно  0 0% Негативный  3 15%

Смотрите также

Комментарии

Обсуждение этой статьи - Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение

Комментарии 1

Обсуждение этой статьи - Скажите свое мнение!