PDM中波發(fā)射機改頻分析與實踐

黃鴻燕

摘 要 中波發(fā)射機因播出任務(wù)需要更改工作頻率，掌握改頻的理論要點及關(guān)鍵技術(shù)，對發(fā)射機穩(wěn)定及可靠工作有指導(dǎo)意義。全固態(tài)PDM中波發(fā)射機的改頻主要解決高頻通路的激勵驅(qū)動幅度，輸出網(wǎng)絡(luò)的濾波及阻抗變換等重要環(huán)節(jié)。文章從改頻的理論分析到實踐要領(lǐng)進行總結(jié)。

關(guān)鍵詞 PDM；中波發(fā)射機；帶通濾波器；阻抗匹配

中圖分類號 TN94 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）221-0099-03

中波發(fā)射臺為適應(yīng)不同的播出任務(wù)需要對發(fā)射機的載波頻率進行變換，如何在保證發(fā)射機原有指標(biāo)的前提下，對發(fā)射頻率進行更改并且維持設(shè)備的長期穩(wěn)定播出是專業(yè)性很強的工作，需要掌握一定的理論知識和實踐能力。本文以TS-03C中波發(fā)射機的載波頻率從540kHz更改到603kHz為例，對更改電路的工作原理和改頻操作過程進行分析和總結(jié)。

1 改頻工作原理分析

發(fā)射機載波頻率屬于高頻部分，頻率的更改只涉及發(fā)射機高頻通路的更改，低頻部分不需要更改。發(fā)射機高頻通路中的中間放大器、調(diào)制功率放大器屬于寬帶放大，對全頻段的中波頻率均可進行放大，所以在頻率變更時不需要對這些模塊進行調(diào)整，只需要調(diào)整這些模塊與頻率相關(guān)的負載電路即可，該工作電路主要包括中放調(diào)諧回路和末級輸出網(wǎng)絡(luò)。

1.1 中放調(diào)諧回路電路分析及更改要點

中間放大器輸出預(yù)放大的載頻方波信號送到中放調(diào)諧回路，中放調(diào)諧回路在達到諧振的狀態(tài)下，濾除方波中的高次諧波，取出符合要求的載頻基波成分，實現(xiàn)方波到正弦波的轉(zhuǎn)換[1]。調(diào)諧回路的諧振狀態(tài)決定中間放大器是否有合適的負載，決定后級的驅(qū)動幅度，決定中間放大器是否可以用小電流就可以推動全部的功率放大器，所以調(diào)整調(diào)諧回路的串聯(lián)和并聯(lián)諧振尤為重要。如果諧振點沒有調(diào)整準(zhǔn)確，驅(qū)動幅度就達不到功率放大器中開關(guān)管的開通電壓，橋式功放橋不工作，整機就沒有功率輸出。中放調(diào)諧電路如圖1所示。

中放輸出的載頻方波信號通過C1和L1組成的串聯(lián)諧振電路進行選頻濾波，輸入變壓器T1初級的是濾除方波中諧波成分的基波分量。電感L2同后級功率放大器中的總輸入電容并聯(lián)諧振，進一步濾除諧波成分。調(diào)制/功放小盒上的高頻激勵測試口可測量高頻信號的激勵幅度。該測試口測量的是變壓器初級的激勵信號幅度，在正常情況下應(yīng)達到80Vp-p，此時測量場效應(yīng)管的柵極電壓應(yīng)達到28Vpp。假如激勵信號幅度不夠，應(yīng)重新調(diào)整L1電感線圈，直至驅(qū)動幅度滿足場效應(yīng)管的開關(guān)要求。

1.2 末級輸出網(wǎng)絡(luò)電路分析及更改要點

TS-03C中波發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)由帶通濾波器和阻抗微調(diào)電路構(gòu)成，前級輸出電壓波形為周期矩形波，該矩形波的傅里葉級數(shù)展開式分為基波和奇次諧波，諧波中三次諧波振幅最大[2]。為了抑制高次諧波形成帶外輻射，末級槽路采用僅讓基波通過的帶通濾波器。為了防止發(fā)射機輸出負載變化影響穩(wěn)定性，采用了低Q值的帶通濾波兼阻抗變換器，使得帶通濾波器對三次諧波的抑制能力變低，為達到必要的濾波度，在阻抗微調(diào)電路中加設(shè)了3次諧波陷波器，彌補帶通濾波器帶外抑制能力差的缺點。末級輸出網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

1.2.1 帶通濾波器

典型的帶通濾波器電路串臂為串聯(lián)諧振電路，并臂為并聯(lián)諧振電路。該電路相移為0°，且不能進行阻抗變換。如圖2所示，L2、C2諧振于工作頻率，抽頭b的上端接入電感和下端接入電感之間有互感，改變接入點b的位置即可實現(xiàn)合成變壓器輸出阻抗（30.5+j5）和饋管特性阻抗（50Ω）之間的匹配。電路的阻抗變換關(guān)系式：

式中，Ri為源阻抗也就是合成變壓器輸出電阻30.5Ω，R0為負載阻抗也就是饋管特性阻抗50Ω。

末級輸出網(wǎng)絡(luò)帶通濾波器的設(shè)計是按照最平振幅特性設(shè)計的，稱作巴特沃斯特性。在通帶內(nèi)，它的衰減特性最為平坦，在低于截止頻率的通帶內(nèi)，衰減小于固定值。根據(jù)濾波器設(shè)計理論計算所采用的電容值偏大，在工藝上很難實現(xiàn)。在本次改頻過程中，所改頻率前后跨度不是很大，并不采取更改電容的方式進行調(diào)整，串聯(lián)和并聯(lián)電容均采用原值。L2和C2在改后頻率603kHz處達到并聯(lián)諧振，計算出L2的電感量為7.04μH，根據(jù)接入系數(shù)公式，L2上抽頭的電感量為1.54μH，下抽頭的電感量為5.5μH。L1和C1串聯(lián)諧振，按照C1原值計算出L1的電感量為27.89μH。

1.2.2 T型阻抗微調(diào)網(wǎng)絡(luò)

T型阻抗微調(diào)電路的串臂L4的作用是調(diào)載，L3的作用是調(diào)諧，三次諧波濾波器相對于基波來說等效為電容。阻抗微調(diào)電路可以選用相移角為-45°的T型網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)的Q值為T網(wǎng)絡(luò)半邊電路相移角的正切值，也就是tg22.5°。T型匹配網(wǎng)絡(luò)的源端和負載端阻抗均為50Ω，根據(jù)T型網(wǎng)絡(luò)的調(diào)配原理，計算得串臂的電感為5.466μH，原機電容為6600pF，電感調(diào)整值為15.778 5μH。三次諧波L5的計算值為2.3336μH，C5的計算值為3 320pF，電容實際電容選用以接近設(shè)計值為準(zhǔn)，改頻前后頻率差別不大，采用原配置電容1500pF并1 500pF并220pF，實際電容采用3 220pF，電抗值為81.99Ω，串聯(lián)電感值L5實際值為2.4μH。

1.3 EDA仿真測試

采用EDA仿真軟件的計算精度要比人工計算來的高，通過仿真驗證可以彌補人工計算精度不足的缺點，利用計算機仿真軟件完成前期的網(wǎng)絡(luò)測試調(diào)整，再進行發(fā)射機改頻和調(diào)試，可大量縮短現(xiàn)場調(diào)試時間，在提高改頻效率的同時，保證電臺播出的安全性。按照原廠家配置電容值，通過EDA仿真軟件微調(diào)后的輸出網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特性曲線和駐波比仿真曲線測試結(jié)果如圖3和圖4所示。

在改頻過程中并未更改電容元件值，通過理論計算和仿真測試完成改頻實驗的前期工作。如圖3所示，匹配網(wǎng)絡(luò)在±10kHz范圍內(nèi)的帶內(nèi)紋波小，且電路的3dB帶寬沒有達到規(guī)定要求。因輸出網(wǎng)絡(luò)對帶外抑制要求不是很高，在后級的T型網(wǎng)絡(luò)中有專門的三次諧波陷波電路，可彌補低Q寬頻帶設(shè)計網(wǎng)絡(luò)濾波度差的缺點。經(jīng)過后面的實踐表明發(fā)射機可穩(wěn)定工作，并且三大指標(biāo)符合要求。在天線阻抗發(fā)生變化或者其他原因造成50Ω阻抗不匹配時，通過微調(diào)T型低通調(diào)配網(wǎng)絡(luò)L3、L4電感值，可以使發(fā)射機反射功率下降為零。

2 改頻工作具體步驟及要領(lǐng)

整個改頻過程主要針對高頻激勵器、調(diào)諧回路以及末級輸出網(wǎng)絡(luò)進行更改。所使用的儀器主要有：電烙鐵、萬用表、高頻電橋和示波器。

2.1 高頻激勵器的調(diào)整

高頻激勵器處于發(fā)射機整機工作的高頻部分，它的作用主要是產(chǎn)生發(fā)射機的載波工作頻率。TS-03C發(fā)射機載波頻率的設(shè)置通過3個可預(yù)置分頻器來完成，型號為CD4522，3個可預(yù)置分頻器通過3腳級連，最大可以實現(xiàn)999次分頻。改變載波頻率，即改變?nèi)齻€撥碼開關(guān)的BCD碼值，頻率從540kHz改為603kHz，撥碼開關(guān)的BCD碼值從060調(diào)整為067。三位BCD碼從左到右從高位到低位，分別對應(yīng)撥碼開關(guān)的百位、十位以及個位，即S2、S3、S4。

2.2 輸出網(wǎng)絡(luò)調(diào)整

輸出網(wǎng)絡(luò)調(diào)整包括三次諧波吸收電路的調(diào)整、T型網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整以及帶通濾波器的調(diào)整。

2.2.1 三次諧波濾波器的調(diào)整

將三次諧波串聯(lián)諧振電路從T型網(wǎng)絡(luò)中斷開，用高頻電橋?qū)Φ販y量三次諧波電路的阻抗，調(diào)整電感線圈L5的值，使得虛部電抗值為0，使諧振電路在頻率1809kHz處達到諧振狀態(tài)。諧振在頻率1620kHz的串聯(lián)諧振電路在頻率1809kHz處呈感性，減小線圈電感量，使諧振電路重新回到諧振狀態(tài)。

2.2.2 T型網(wǎng)路調(diào)整

恢復(fù)三次諧波電路，在網(wǎng)絡(luò)輸出端接50Ω假負載，斷開T型網(wǎng)絡(luò)同帶通濾波器的連接，用高頻電橋測試T型網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗，反復(fù)調(diào)整L3、L4的電感值，L4調(diào)整實部阻抗值，L3調(diào)整虛部電抗值，直至電橋顯示阻抗值趨于（50+j0）。調(diào)整時首先保證L3、L4的磁芯處于中間位置，便于在天線阻抗發(fā)生變化時左右

調(diào)整。更改前后頻率相差不大，所選串臂電容不需要更改。微調(diào)串臂電感的感抗值，完成T型網(wǎng)絡(luò)前后級的阻抗匹配。

2.2.3 帶通濾波器的調(diào)整

將網(wǎng)絡(luò)輸出端斷開，并且斷開L2電感線圈抽頭b，測并聯(lián)諧振電路兩端的電抗值，調(diào)整抽頭a的位置，使得電橋顯示阻抗值為無窮大，即達到并聯(lián)諧振，原諧振電路在頻率603kHz處呈容性，所以在不改變C2的情況下，略減小L2電感量，電路即可重新回到諧振狀態(tài)。

恢復(fù)L2電感線圈抽頭b，在網(wǎng)絡(luò)輸出端接上50Ω假負載，斷開合成變壓器輸出，測帶通濾波器輸入阻抗，改變電感線圈抽頭b的位置，使測試阻抗的實部趨于30.5Ω。調(diào)整L1電感線圈，使得測試阻抗的虛部等于合成變壓器的輸出阻抗，并且符號相反（-5j）。

2.3 中放調(diào)諧回路的調(diào)整

C1、L1串聯(lián)諧振于工作頻率，原540kHz諧振電路在頻率603kHz處呈現(xiàn)感性。所改頻率變化不大，考慮不更改原機諧振電容，將原機電感調(diào)小即可。

具體調(diào)整步驟如下：

1）斷開發(fā)射機進線電源，斷開調(diào)諧回路20芯AZ插座，也就是斷開4個功放小盒的高頻信號輸入。將電感線圈L2的起始端對地短路。

2）脫開L1電感線圈的接入導(dǎo)線，將高頻電橋搭在C1、L1兩端，改變L1接入電感量，使得電橋指示阻抗虛部jX趨于0。調(diào)整好后，焊好L1線圈接入導(dǎo)線。

3）開啟發(fā)射機低壓和高壓，改變電感線圈L2的值，用示波器重新測量調(diào)制/功放盒的高頻激勵信號幅度，使其值顯示在80Vp-p值左右。相當(dāng)于功放場效應(yīng)管的柵極電壓要達到28Vp-p，換算到耦合前的激勵信號幅度為80Vp-p值左右，該信號幅度可在功放小盒面板上的XS1測試孔測得。每次調(diào)整測量需關(guān)機調(diào)整L2電感線圈，直到激勵信號幅度達到功放場效應(yīng)管的開啟要求。用示波器觀察激勵信號，使得波形幅度最大，波形最好，中放電流最小。如果激勵信號幅度過大或者過小，可通過改變變壓器次級抽頭接線柱的位置來改變激勵信號幅度。

3 結(jié)論

中波全固態(tài)發(fā)射機的改頻涉及發(fā)射機的穩(wěn)定可靠工作及技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化，中波的全頻段工作頻率按播出任務(wù)變換更是一項復(fù)雜的技術(shù)實踐過程。我們通過理論計算，再經(jīng)過計算機仿真軟件對計算結(jié)果進行微調(diào)和驗證，并結(jié)合仿真結(jié)果對輸出網(wǎng)絡(luò)進行現(xiàn)場調(diào)整，使得網(wǎng)絡(luò)的濾波性能和阻抗變換符合實際要求。發(fā)射機工作狀態(tài)穩(wěn)定，三大指標(biāo)符合預(yù)期要求。同樣，該理論及實踐過程對于中波頻段內(nèi)其它頻率之間的變換具有普遍指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1]張丕灶.全固態(tài)脈寬調(diào)制中波發(fā)射機[M].廈門：廈門大學(xué)出版社，2005.

[2]張丕灶.全固態(tài)中波發(fā)送系統(tǒng)原理與維護[M].北京：中國廣播電視出版社，1999.