中波數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)VSWR保護(hù)電路分析與故障檢修

盧 靜，胡文睿

（河南省信陽(yáng)中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，河南 信陽(yáng) 464000）

中波數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)VSWR保護(hù)電路分析與故障檢修

盧 靜，胡文睿

（河南省信陽(yáng)中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，河南 信陽(yáng) 464000）

DX系列中波發(fā)射機(jī)在日常工作當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生駐波故障。文章著重介紹VSWR保護(hù)電路工作原理和造成駐波故障的原因以及故障檢修方法，供技術(shù)人員在維修實(shí)踐中參考。

中波數(shù)字發(fā)射機(jī)；VSWR保護(hù)；故障檢修

1 駐波故障研究背景

在日常維護(hù)工作中，會(huì)經(jīng)常遇到駐波故障發(fā)生，該類故障占有較高的比例，多種原因都會(huì)產(chǎn)生駐波故障，故障發(fā)生時(shí)發(fā)射機(jī)會(huì)呈現(xiàn)不同的故障狀態(tài)。比如，VSWR狀態(tài)指示“故障”閃現(xiàn)在大約半秒鐘，然后回到“正?！?，或者VSWR的LCD呈“故障”，“降功率”指示燈閃亮，PA電流和功率表讀數(shù)降低，在10～30 s內(nèi)，“降功率”指示燈會(huì)熄滅，輸出功率和PA電流維持在一個(gè)比正常功率低的輸出功率值上，如果故障比較嚴(yán)重，發(fā)射機(jī)會(huì)再低輸出功率，發(fā)射機(jī)升功率按鍵指令無(wú)效，在這種情況下，電壓駐波比故障源必須修復(fù)，才能滿功率工作。

如何根據(jù)發(fā)射機(jī)所呈現(xiàn)不同的VSWR故障狀態(tài)，查找判斷駐波故障源，首先要對(duì)VSWR保護(hù)電路工作原理比較了解，然后才能進(jìn)一步分析故障產(chǎn)生的原因，并通過(guò)長(zhǎng)期維修實(shí)踐，不斷積累和歸納產(chǎn)生駐波故障的各種因素，從而為技術(shù)人員在檢修此類故障時(shí)提供全面而準(zhǔn)確的判斷。

2 VSWR保護(hù)電路工作原理

如圖1所示，在DX系列發(fā)射機(jī)輸出監(jiān)測(cè)板電路中，有2套幾乎相同的電路，分別是天線駐波檢測(cè)和保護(hù)電路，濾波器BPF駐波檢測(cè)和保護(hù)電路。

2.1 天線VSWR保護(hù)電路分析

天線VSWR保護(hù)電路在圖1中由天線VSWR相位檢測(cè)比較器N1（LM360)，VSWR觸發(fā)器N3A（74HC123）及相關(guān)元件組成。

天線VSWR相位檢測(cè)器包括輸出檢測(cè)板上的電流取樣（電流取樣變壓器T1和電阻R1，R2），電壓取樣（取樣分壓電容C3，C4），相位幅度調(diào)節(jié)器（L9—L12）和電流取樣電路中的L4，電壓取樣電路中的L15，相位檢測(cè)器中的T2及并聯(lián)諧振元件（C13，C14，C15，L51，L5和L10）及檢波二極管VD7和VD8構(gòu)成。當(dāng)天線調(diào)配正常時(shí)，RF電壓、電流取樣信號(hào)等幅同相。

T2初級(jí)、次級(jí)均無(wú)電流，VD7，VD8無(wú)輸出信號(hào)，當(dāng)調(diào)配不當(dāng)時(shí)，VD7，VD8輸出一定直流信號(hào)，天線的行波系數(shù)（或駐波比）越差，其輸出的直流電壓越大。

相位檢測(cè)比較器N1是超高速差分比較器（LM360），R11，R15構(gòu)成分壓器，電壓調(diào)節(jié)范圍0～3.4 V，通常調(diào)為3 V以上，作為設(shè)定的門限電壓送到電壓比較器N1的同相端，相位檢測(cè)器輸出的信號(hào)送到電壓比較器的反相端。當(dāng)調(diào)配正常時(shí)，檢測(cè)器輸出電壓為零或很小，N1輸出TTL高電平（3 V以上），當(dāng)失調(diào)且檢測(cè)器輸出電壓值越過(guò)設(shè)定的門限電壓時(shí)，N1輸出TTL低電平（小于0.4 V）。

手動(dòng)駐波比保護(hù)。N1的反相端（XJ8）還有兩路信號(hào)線，一路接到駐波比故障模擬，它通過(guò)S1（天線駐波比檢測(cè)按鈕）可以切換到5 V電源，當(dāng)作駐波比故障模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，XJ8經(jīng)過(guò)S1接通5 V電源，比較器N1輸出TTL低電平。

駐波比保護(hù)環(huán)路自檢。N1的反相端還有一路信號(hào)來(lái)自駐波比環(huán)路自測(cè)（V8回路），發(fā)射機(jī)在每次開機(jī)時(shí)，機(jī)器設(shè)有駐波比環(huán)路自檢功能，自檢的結(jié)果在指示單元中用“狀態(tài)”發(fā)光二極管顯示，綠色為正常，紅色為故障。在輸出監(jiān)測(cè)極上，自檢的低信號(hào)使三極管V8，V9導(dǎo)通，將兩個(gè)駐波比保護(hù)比較器的同相端拉到5V，模擬駐波比故障。設(shè)置駐波比自檢電路的目的是一旦駐波比保護(hù)失靈，顯示故障狀態(tài)，從而避免危及功放模塊和其他元件。

與門N2（74LS08）。天線和濾波器各有一個(gè)相位檢測(cè)器，其輸出接到N2的輸入端。N2的型號(hào)是74LS08（四重2輸入門），只要兩個(gè)相位檢測(cè)器有一個(gè)為低電平時(shí)，與門輸出為低電平，該信號(hào)為功放關(guān)閉-L信號(hào)送至調(diào)制編碼器，關(guān)斷所有的功率模塊，這些信號(hào)發(fā)生在VSWR檢測(cè)出故障后1 ms內(nèi)。

單脈沖發(fā)生器N3。相位檢測(cè)比較器輸出的信號(hào)除了這一路到與門外，同時(shí)也送出一路信號(hào)到單脈沖發(fā)生器N3A，N3的型號(hào)為74HC123，是雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。當(dāng)駐波比正常時(shí)，相位比較器送出高電平，當(dāng)駐波比過(guò)大時(shí)，相位比較器輸出低電平，該下降沿觸發(fā)單穩(wěn)器輸出脈沖，本單脈沖發(fā)生器的輸出脈沖引自QQ，因此駐波比過(guò)大時(shí)，它輸出負(fù)脈沖，其脈沖寬度取決于R13，C22的時(shí)間常數(shù)，本電路的輸出脈沖寬度為14 ms，負(fù)脈沖送到LED板（A32）上的駐波比保護(hù)和過(guò)荷邏輯電路。故障和過(guò)荷電路發(fā)出的VSWR關(guān)斷信號(hào)和比較器輸出調(diào)制編碼板的信號(hào)相比慢一些，事實(shí)上在故障和過(guò)荷電路動(dòng)作之前，送到調(diào)制編碼板的信號(hào)已經(jīng)恢復(fù)正常，每個(gè)VSWR觸發(fā)器的輸入都有一個(gè)RC延時(shí)電路保持調(diào)制編碼板的輸入為低電平，使功率模塊關(guān)斷1.5 ms，直到故障和過(guò)荷電路發(fā)出“功率關(guān)斷”信號(hào)。

圖1 輸出監(jiān)測(cè)板工作原理

相位檢測(cè)比較器外圍元件的作用。二極管VD10，VD11，VD15，VD16在瞬態(tài)保護(hù)比較器。R-C網(wǎng)絡(luò)（R7，L17，R10），因?yàn)榘l(fā)射機(jī)的輸出在送到編碼板的信號(hào)控制下判斷很快，射頻信號(hào)隨之消失使駐波比過(guò)大信號(hào)很短，用一個(gè)時(shí)間常數(shù)為

2.2 ms的R-C網(wǎng)絡(luò)將VSWR過(guò)大信號(hào)延時(shí)，使輸出的低電平信號(hào)時(shí)間大于1.5 ms。原理是通過(guò)小電阻R7，鑒相器輸出為C17很快充電，電容通過(guò)R10放電則較慢，使得即使鑒相器輸出變低后，比較器輸出保持低電平長(zhǎng)于1.5 ms，以保證其他的保護(hù)電路正常工作。

2.2 帶通濾波器駐波比保護(hù)電路

帶通濾波器駐波比保護(hù)電路和天線駐波比保護(hù)電路工作原理基本相同，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，帶通濾波器保護(hù)電路的取樣元件的位置靠近帶通濾波器，而天線VSWR的保護(hù)電路取樣元件靠近阻抗微調(diào)電路。

帶通濾波器VSWR電路可檢測(cè)出發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)與合成器內(nèi)任何地方的駐波，輸出網(wǎng)絡(luò)元件故障時(shí)，發(fā)射機(jī)會(huì)得到保護(hù)。帶通濾波器VSWR同時(shí)可檢測(cè)出天線負(fù)載的變化，但是它的靈敏度設(shè)置較低，天線VSWR首先由天線VSWR電路檢測(cè)出來(lái)，然后再由帶通濾波器VSWR電路檢測(cè)出來(lái)。

2.3 VSWR保護(hù)的判斷

根據(jù)上述VSWR保護(hù)電路的分析，VSWR保護(hù)是分二級(jí)保護(hù)進(jìn)行的。VSWR保護(hù)首先就是試圖消除故障，通常可通過(guò)將發(fā)射機(jī)輸出功率在一段時(shí)間內(nèi)降到零來(lái)消除，這個(gè)零輸出功率是通過(guò)調(diào)制編碼器的作用將所有PA模塊關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在故障發(fā)生在20 ms內(nèi)，發(fā)射機(jī)“喀嗒”或“砰”聲，一般是注意不到的，如果VSWR故障幾次都不能通過(guò)關(guān)掉PA模塊在短時(shí)間內(nèi)消除，發(fā)射機(jī)會(huì)降功率。

（1）第一級(jí)VSWR保護(hù)。

現(xiàn)象：VSWR的LCD呈“故障”閃現(xiàn)，載波幅度落到半功率然后回到正常功率，電波中可聽到一輕微的“喀嚓”或“砰”聲。

動(dòng)作：這是VSWR保護(hù)的第一步，VSWR保護(hù)電路檢測(cè)器在不到1 ms內(nèi)檢測(cè)出VSWR故障，然后將發(fā)射機(jī)射頻輸出關(guān)掉大約20 ms或更短。VSWR狀態(tài)指示“故障”閃現(xiàn)大約半秒鐘，然后回到正常，如果大的VSWR條件不再存在，則不會(huì)采取下面的動(dòng)作。VSWR的LCD不會(huì)停在“故障”，是因?yàn)檫@不是一個(gè)嚴(yán)重的VSWR狀態(tài)，只要這種故障的周期不到1 s，這種類型的駐波比動(dòng)作會(huì)不定期地發(fā)生。

（2）第二級(jí)VSWR保護(hù)。

現(xiàn)象：VSWR的LCD呈“故障”，“降功率”指示燈閃亮，PA電流和功率表讀數(shù)降低，在10～30s內(nèi)“降功率”指示燈會(huì)熄滅，輸出功率和PA電流維持在一個(gè)比正常功率低的輸出值上。

動(dòng)作：VSWR傳感器已檢測(cè)到一個(gè)嚴(yán)重的VSWR故障，試圖用第一級(jí)駐波比保護(hù)，但是故障連續(xù)不斷存在，時(shí)間超過(guò)1 s。降功率指令發(fā)給發(fā)射機(jī)，使之維持在仍能運(yùn)行的功率電平上工作。在發(fā)出升功率指令（人為）前，功率電平會(huì)維持在那兒。如果故障仍然存在，發(fā)射機(jī)會(huì)再降功率，而忽視升功率指令（如果這時(shí)按升功率按鈕）。這種情況下，電壓駐波比故障源必須修復(fù)，否則發(fā)射機(jī)不能滿功率工作。

3 VSWR故障原因與檢修

造成VSWR故障的原因多種多樣，既有天饋系統(tǒng)等外界因素引起，也有發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)元件損壞等內(nèi)部因素引起，另外VSWR保護(hù)電路比較器門限參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或者處于設(shè)置臨界狀態(tài)，也會(huì)造成VSWR故障。所以在檢修排除VSWR故障時(shí)，做出針對(duì)性的準(zhǔn)確判斷，才能事半功倍。

3.1 可能引起天線VSWR過(guò)載的原因

引起VSWR過(guò)載的原因大致有3類：一是發(fā)射機(jī)系統(tǒng)或天饋線系統(tǒng)放電引起；二是瞬變信號(hào)從天線系統(tǒng)反饋給發(fā)射機(jī)輸出而引起；三是元器件故障造成發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗變化而引起。

3.1.1 引起放電的原因

①真空電容器損壞：VSWR過(guò)載很可能在某一功率電平或調(diào)制下出現(xiàn)。

②放電球間隙放電：發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)放電間隙、天線切換裝置、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)放電間隙、鐵塔放電球和拉線絕緣子兩端都可能因靜態(tài)電荷積累或雷電引起放電。靜態(tài)電荷積累放電也會(huì)出現(xiàn)在絕緣的拉線段上，一般會(huì)出現(xiàn)在雷雨、風(fēng)沙、積雪期間或之后。一旦電弧出現(xiàn)，發(fā)射機(jī)輸出功率會(huì)維持這個(gè)電弧，發(fā)射機(jī)功率斷掉后，電弧會(huì)消失。正確的安裝天線系統(tǒng)內(nèi)的排水和設(shè)置放電裝置間隙能減少VSWR過(guò)載，但不能消除。

③絕緣表面的灰塵積累或潮濕（包括水霧凝結(jié)的水滴）引起耐壓值降低：VSWR過(guò)載多半會(huì)出現(xiàn)在調(diào)制峰值。

④傳輸線內(nèi)凝結(jié)水滴引起傳輸線耐壓降低：如果在傳輸饋管內(nèi)的加壓氣體壓力下降，或其氣體濕度過(guò)大時(shí)，可能引發(fā)這種情況，VSWR過(guò)載多半會(huì)出現(xiàn)在調(diào)制的峰值。

⑤在新系統(tǒng)中，元件（如電容器）或絕緣子耐壓不夠，或放電間隙設(shè)置太近也會(huì)引起VSWR過(guò)載。

3.1.2 瞬變信號(hào)的可能原因

瞬變信號(hào)的引入通常發(fā)生在雷、雨天氣以及某些情況下來(lái)自遠(yuǎn)處的閃電沖擊。雷擊會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)電流在傳輸線上引起電流，該電流能到達(dá)相位檢測(cè)器并給出電壓VSWR過(guò)載信號(hào)。

其他內(nèi)部信號(hào)同樣能導(dǎo)致天線系統(tǒng)內(nèi)足夠大的電壓和電流。它仍能由相位檢波器檢測(cè)出來(lái)，并引起VSWR過(guò)載，解決這個(gè)問(wèn)題可在天線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)上安裝陷波電路或?yàn)V波器。

3.1.3 負(fù)載阻抗改變

發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中元件損壞（電容或電感線圈）均會(huì)造成負(fù)載阻抗發(fā)生變化，從而引起VSWR過(guò)載。另外，在發(fā)射機(jī)初次接入天調(diào)系統(tǒng)時(shí)，前面板LCD顯示屏的反射功率指示和“天線零位”指示是天線工作阻抗的最好指示，發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗的變化會(huì)改變“天線零位”指示，同時(shí)不同程度地改變發(fā)射功率指示，應(yīng)使用阻抗電橋檢查測(cè)試負(fù)載負(fù)抗并作校正。

3.2 帶通濾波器VSWR故障

在正常工作時(shí)，如果一個(gè)短暫VSWR發(fā)生，例如由雷電或天線系統(tǒng)內(nèi)靜態(tài)放電引起的VSWR過(guò)載，天線與帶通濾波器指示都會(huì)閃爍，天線VSWR電路設(shè)置在帶通濾波器電路前一點(diǎn)。如果只是帶通濾波器指示燈閃爍，表明輸出網(wǎng)絡(luò)有問(wèn)題，或者是輸出監(jiān)測(cè)板上某零件失效以及與輸出取樣板之間連接排線接觸不良。

如果由于元件故障引起輸出網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題，帶通濾波器VSWR電路會(huì)保護(hù)發(fā)射機(jī)直至損壞元件被替換。注意在此之前，不要試圖進(jìn)一步提高功率，也不要改變調(diào)諧或負(fù)載調(diào)節(jié)旋鈕。

4 結(jié)語(yǔ)

發(fā)射機(jī)在日常工作和維護(hù)中，發(fā)生VSWR故障的概率較高，產(chǎn)生的原因也很多，但只要掌握VSWR保護(hù)電路的工作原理，并在日常技術(shù)維護(hù)工作中細(xì)心觀查，積累檢修經(jīng)驗(yàn)，查找和排除此類故障并不困難。簡(jiǎn)單總結(jié)而言就是在出現(xiàn)駐波故障時(shí)，首先要判斷和確定引起故障的大致位置。如果發(fā)射機(jī)多功能指示表上“天線零位”和“濾波器零位”都偏大，說(shuō)明VSWR故障出現(xiàn)在在天饋系統(tǒng)上；如果“天線零位”正常而“濾波器零位”偏大，說(shuō)明VSWR故障出現(xiàn)在輸出網(wǎng)絡(luò)上；如果兩個(gè)零位指示都正常，升功率時(shí)有打火現(xiàn)象，說(shuō)明故障很可能在功率合成部分；如果兩零位都正常，升功率時(shí)沒有打火現(xiàn)象，那么故障就在輸出取樣板，輸出監(jiān)測(cè)板或邏輯檢測(cè)及狀態(tài)顯示板上。

[1]張丕灶.數(shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)[M].廈門：廈門大學(xué)出版社，2002.

[2]莊濤，盧光輝，冀曉鴿.數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)故障匯編330例[M].北京：光明日?qǐng)?bào)出版社，1900.

[3]佚名.DCM25KW數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)說(shuō)明書[Z].哈爾濱：哈爾濱廣播器材有限公司，2013.

Analysis and trouble shooting of medium wave digital AM transmitter VSWR protection circuit

Lu Jing, Hu Wenrui
（Henan Province Xinyang Medium Wave Relay Broadcast Station, Xinyang 464000, China）

DX series medium wave transmitter in the daily work, often encounters standing wave fault. This paper mainly introduces the working principle of VSWR protection circuit and the causes of standing wave fault and the trouble shooting methods, to provide some experience for technical personnel in practical maintenance.

medium wave digital transmitter; VSWR protection; trouble shooting

盧靜（1988— ），女，河南信陽(yáng)，本科，助理工程師；研究方向：中波無(wú)線覆蓋。