PDM中波發(fā)射機(jī)改頻分析與實(shí)踐

1、    pdm中波發(fā)射機(jī)改頻分析與實(shí)踐    黃鴻燕摘 要 中波發(fā)射機(jī)因播出任務(wù)需要更改工作頻率，掌握改頻的理論要點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，對發(fā)射機(jī)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(jī)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(shí)踐要領(lǐng)進(jìn)行總結(jié)。關(guān)鍵詞 pdm；中波發(fā)射機(jī)；帶通濾波器；阻抗匹配tn94 a 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(jī)的載波頻率進(jìn)行變換，如何在保證發(fā)射機(jī)原有指標(biāo)的前提下，對發(fā)射頻率進(jìn)行更改并且維持設(shè)備的長期穩(wěn)定播出是專業(yè)性

2、很強(qiáng)的工作，需要掌握一定的理論知識和實(shí)踐能力。本文以ts-03c中波發(fā)射機(jī)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(jìn)行分析和總結(jié)。1 改頻工作原理分析發(fā)射機(jī)載波頻率屬于高頻部分，頻率的更改只涉及發(fā)射機(jī)高頻通路的更改，低頻部分不需要更改。發(fā)射機(jī)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(jìn)行放大，所以在頻率變更時不需要對這些模塊進(jìn)行調(diào)整，只需要調(diào)整這些模塊與頻率相關(guān)的負(fù)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(diǎn)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

3、路在達(dá)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(shí)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(fù)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(diǎn)沒有調(diào)整準(zhǔn)確，驅(qū)動幅度就達(dá)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(jī)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(jìn)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l(wèi)2同后級功率放大器中的總輸入電容并聯(lián)諧振，進(jìn)一步濾除諧波成分。調(diào)制/功放小

4、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(dá)到80vp-p，此時測量場效應(yīng)管的柵極電壓應(yīng)達(dá)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(diǎn)ts-03c中波發(fā)射機(jī)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(jī)輸出負(fù)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

5、波器對三次諧波的抑制能力變低，為達(dá)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(bǔ)帶通濾波器帶外抑制能力差的缺點(diǎn)。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(jìn)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(diǎn)b的位置即可實(shí)現(xiàn)合成變壓器輸出阻抗（30.5+j5）和饋管特性阻抗（50）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30.5，r0為負(fù)載阻抗也就是饋管特性阻抗50。末級輸出網(wǎng)絡(luò)帶通濾波器的設(shè)計(jì)是

6、按照最平振幅特性設(shè)計(jì)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(jì)理論計(jì)算所采用的電容值偏大，在工藝上很難實(shí)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(jìn)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(dá)到并聯(lián)諧振，計(jì)算出l2的電感量為7.04h，根據(jù)接入系數(shù)公式，l2上抽頭的電感量為1.54h，下抽頭的電感量為5.5h。l1和c1串聯(lián)諧振，按照c1原值計(jì)算出l1的電感量為27.89h。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

7、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(fù)載端阻抗均為50，根據(jù)t型網(wǎng)絡(luò)的調(diào)配原理，計(jì)算得串臂的電感為5.466h，原機(jī)電容為6600pf，電感調(diào)整值為15.778 5h。三次諧波l5的計(jì)算值為2.3336h，c5的計(jì)算值為3 320pf，電容實(shí)際電容選用以接近設(shè)計(jì)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(shí)際電容采用3 220pf，電抗值為81.99，串聯(lián)電感值l5實(shí)際值為2.4h。1.3 eda仿真測試采用ed

8、a仿真軟件的計(jì)算精度要比人工計(jì)算來的高，通過仿真驗(yàn)證可以彌補(bǔ)人工計(jì)算精度不足的缺點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)仿真軟件完成前期的網(wǎng)絡(luò)測試調(diào)整，再進(jìn)行發(fā)射機(jī)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(jì)算和仿真測試完成改頻實(shí)驗(yàn)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(dá)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(bǔ)低q寬

9、頻帶設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)濾波度差的缺點(diǎn)。經(jīng)過后面的實(shí)踐表明發(fā)射機(jī)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50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(jī)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(jìn)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(jī)整機(jī)工作的高頻部分，它的作用主要是產(chǎn)生發(fā)射機(jī)的載波工作頻率。ts-03c發(fā)射機(jī)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(shí)現(xiàn)999次分頻。改變

10、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(dá)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

11、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50假負(fù)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(shí)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(dá)到并聯(lián)諧振，原

12、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)?；謴?fù)l2電感線圈抽頭b，在網(wǎng)絡(luò)輸出端接上50假負(fù)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(shí)部趨于30.5。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(jī)諧振電容，將原機(jī)電感調(diào)小即可。具體調(diào)整步驟如下：1）斷開發(fā)射機(jī)進(jìn)線電源，斷開調(diào)諧回路20芯az插座，也就是斷開4個功放

13、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(jī)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(dá)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(jī)調(diào)整l2電感線圈，直到激勵信號幅度達(dá)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(jī)的改頻涉及發(fā)射機(jī)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(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)實(shí)踐過程。我們通過理論計(jì)算，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真軟件對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行微調(diào)和驗(yàn)證，并結(jié)合仿真結(jié)果對輸出網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(shí)際要求。發(fā)射機(jī)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(shí)踐過程對于中波頻段內(nèi)其它頻率之間的變換