100kW PSM短波發射機的雜音問題

吳海軍

摘要：文章首先對PSM100KW短波發射機進行了概括性介紹，進而分析了PSM100KW短波發射機的雜音問題，并在此基礎上提出解決PSM100KW短波發射機雜音問題的有效途徑與方法。

關鍵詞：短波發射機；雜音；頻率

1PSM100KW短波發射機概述

PSM100KW短波發射機系統由頻率合成器輸出的功率為20mW的正弦射頻載波信號經自動增益器均衡幅度后，進入寬帶射頻放大器放大至200W，然后在進入高級射頻放大器完成緩沖窄帶放大，再進入高末級射頻放大器進行高增益窄帶放大，最終輸出100KW的射頻載波功率電平。經過上述三級調幅過程中，再經諧波濾波器濾除諧波后，進入平衡轉換器，將75Ω的單邊信號轉變為200Ω的平衡信號，輸送給天線系統。幾乎所有的100KWPSM短波發射機均采用了脈沖階梯調制技術，當載波的輸出功率為100KW時，可在以下頻段范圍內使用：3.2-26.1MHz。發射機系統主要是由以下幾個部分組成：激勵器、增益控制器、三級放大器（寬頻帶、高前級和高末級）、屏級輸出網格、濾波器、平衡轉換器、電源、指示與過流保護電路等。下面分別對主要組成部分的功能進行介紹。

1.1激勵器

激勵器又被稱之為頻率合成器，100KWPSM短波發射機應用的是美國麻省生產的PTS040型激勵器，該設備的主要技術指標如表1所示。

激勵器能夠預選10個頻率，采用的是TTLBCD碼控制，能實現遙控和手控兩種控制方式，接口采用的是IEEE標準接口，能通過對激勵器的控制，實現發射機頻率的倒換。雖然也有部分100KWPSM短波發射機采用了國產的激勵器，并且主要的技術標準也均相同，但從實際應用情況上看，穩定性要比進口的差一些。

1.2增益控制器

該設備能夠實現如下功能：借助控制面板上可變阻6R4能夠增加或是減少射頻增益，同時，通過對末前級陰流以及高末級柵流變化的監控，可對激勵器輸出的射頻電平進行自動調節。

1.3寬頻帶放大器

100KWPSM短波發射機系統采用的寬頻帶放大器的主要技術指標如表2所示。

2PSM100KW短波發射機的雜音問題分析

2.1分頻雜音

在實際操作中，48級脈沖階梯調制開關的輸出電壓無法處于完全平衡的狀態，造成這一現象的原因在于以下幾個方面。

在兩臺PSM主變壓器的48個功率模塊上，分別接有48個次級繞組，對于各功率模塊而言，每個次級繞組均為一個獨立運行的三相全波整流器。在移相變壓器中，受次級繞組位置的影響會產生不同的漏感。一般情況下，邊緣繞組的漏感大，中間繞組的漏感小，從而造成移相變壓器中的次級繞組會輸出不同的電壓，造成電壓不平衡。此外，移相變壓器制造工藝不同也是導致移相變壓器相同位置繞組輸出電壓不相同的主要原因之一。所以，對于開關頻率周期內21級脈沖階梯調制開關而言，其合成電壓是不相等的，將這種合成電壓輸出到射頻被調級，就會出現雜音現象。具體頻率可通過以下公式進行計算獲得：PDM補償脈沖頻率/總的脈沖階梯調制開關級數=1.46kHz，其中PDM補償脈沖頻率為70kHz，總的脈沖階梯調制開關級數為48級。這種分頻雜音可直接落入音頻范圍，無法通過調制級輸出端解調器進行濾除，是PSM發射機所特有的雜音，其他發射機沒有這種雜音。

脈沖階梯調制開關所使用的硅橋、電解電容、IGBT管等元器件，其電參數具備一定離散性，這也是導致每一級脈沖階梯調制開關電源輸出電源不相同的原因。

2.2調制器控制器引起的噪音

從雜音的性質上看，由PSM調制器控制器引起的噪音較為復雜，產生的原因也相對較多，通常情況下，只要控制PSM功率模塊的工作信號異常，均可能引起噪音。具體情況如下。

調制器控制器功率模塊上的控制板及光纜等元器件質量存在問題或是使用性能下降時，都可能使IGBT的控制信號出現異常，由此便會產生出雜音。例如：觸發器狀態不正確、時鐘頻率穩定性不佳、功率模塊上的控制小板異常、光接收頭接觸不良等等。

快速變換器是PSM調制器控制器的重要組成部分之一，它的基本原理是借助音頻復合信號與狀態總線之間的電壓相比達到模數轉換的目的，若是兩個信號中的任意一個出現不穩定或是受干擾，均會引起寄生調制問題，這樣一來便會出現雜音。如狀態總線電壓受到雜亂分散的電場干擾或是電壓不穩，都可能引起雜音。

調制器控制器接地或是工作電源不良時，也容易引起雜音。

3解決PSM100KW短波發射機雜音問題的有效途徑與方法

3.1解決分頻雜音的方法

對于分頻雜音可采取如下方法加以解決處理。

在移相變壓器的制造工藝上盡量使繞制方式更為合理，保證不同位置的繞組其漏感一致，從而實現輸出電壓相等。

對兩臺PSM變壓器而言，可讓其次級繞組的輸出電壓一臺超前輸入電壓15°，另一臺滯后輸入電壓15°，使兩臺PSM變壓器相差±15°。如此一來，可將兩套24組三相全波整流器合稱為24組12相整流器，從而達到降低電源波紋系數，減少雜音的目的。

適當排列光纜順序也是解決PSM變壓器分頻雜音問題的有效方法，具體操作如下：在載波狀態下，通過交替排序電壓輸出的高功率模塊與低功率模塊，使得疊加后的功率模塊所輸出的主整電壓在單位時間內的平均值相同。在這種情況下，需要對兩臺移相變壓器中的邊緣繞組和中間繞組進行交替排序。當交替排序完成后，可有效改善乙級PSM發射機的信噪比，使其降低3-4dB左右，保證PSM發射機的雜音電平達到甲級水平。對于乙級以下的PSM發射機而言，其信噪比的改善幅度更加明顯。

篩選脈沖階梯調制開關的元器件，對各元器件進行濾波電容測試，盡量選擇容量大的元器件，降低元器件電參數的離散性。

在保證PSM機鎮噪板“靜態使用、動態停用”的前提下，將原本依靠包絡負反饋引入反饋雜音信號并經倒相后抵消低頻雜音的方式，轉變為通過控制三角波發生器工作與否的方式，以達到從根本上抑制分頻雜音產生的目的。由于分頻雜音是由48級脈沖階梯調制開關按照三角波頻率循環通斷而產生的，所以在載波狀態下可通過停止運行三角波發生器的方法，使三角波頻率為0，讓48個模塊只能導通21級脈沖階梯調制開關，而不能處于循環通斷狀態，這樣就能夠避免48次分頻雜音的產生。在有調制狀態下，分頻雜音可被調制信號消除，這時可恢復三角波發生器的正常運行，按照PDM補償脈沖頻率循環通斷48個模塊。

4結語

綜上所述，在廣播傳輸中，100KWPSM短波發射機是較為重要的系統之一，其運行的過程中，常常會出現雜音問題，為了確保信號質量，必須針對雜音產生的原因，采取有效的解決方法，這樣能夠有效避免雜音對發射機系統的影響，使整個系統的運行更加穩定、可靠。