420C型500kW短波發射機鑒相器的原理與改進措施

秦峰

（國家新聞出版廣電總局六五四臺 新疆省呼圖壁縣 831201）

420C型500kW短波發射機鑒相器的原理與改進措施

秦峰

（國家新聞出版廣電總局六五四臺 新疆省呼圖壁縣 831201）

鑒相器使用在短波發射機中，能達到其自動調諧的目的。本文對鑒相器的工作原理進行了介紹，并對鑒相器在短波發射機調諧控制中的問題進行了分析，提出了其在短波廣播發射機調諧系統中的改進措施。

短波發射機；鑒相器；原理；改進措施

短波發射機的控制系統由中央控制系統、順序控制器以及馬達控制器等三部分組成，將鑒相器運用在調諧系統中，對其控制過程有重要的作用。鑒相器是一種相位比較裝置，又稱作相位比較器，即輸出電壓與兩個輸入信號間的相位差具有確定關系的電路。鑒相器是鎖相環的基本部件，同時用于調頻和調相信號的解調。鑒相器電路可以歸納為模擬鑒相器和數字鑒相器兩種形式。

常見的模擬鑒相器之一就是二極管平衡鑒相器，該種模擬鑒相器的鑒相特性通常為余弦型。其輸人的兩個正弦信號的和以及差分別加在檢波二極管，鑒相器的輸出電壓是檢波后的點位差。相比平衡鑒相器，二極管環型鑒相器存在著更加突出的優點，即在鑒相靈敏度方面提高了一倍，同時可以做到輸出平衡以及阻抗匹配，另外此模擬鑒相器的載漏小且平衡對稱結構好。鑒頻鑒相器也是一中常見的數字鑒相器，即兩個輸入信號都為脈沖序列，其前沿、后沿分別代表各自的相位，通過比較兩個脈沖序列的相位和頻率即可以得到跟相位差有關的輸出，該鑒相器的鑒相特性為鋸齒型的。

1 原理分析

當短波發射機的電子管陽極電路進行調諧時，存在于電子管柵極中的高頻電壓和陽極高頻電壓之間出現180的差值，隨著陽極回路中的諧振情況以及阻抗的變化，陽極高頻電壓的相位也會出現不斷的變化，這就會導致陽極高頻電壓和柵極電壓之間出現的相位差不會穩定在180，有可能會大于或小于180，如果要將它們之間的相位差保持為180不變，就要調整陽極回路中的被調諧元件的量值，這一過程就稱為調諧。將鑒相器運用在短波廣播發射機中就能起到自動控制調諧的作用。在電路中利用磁場禍合原理，利用電流互感器能夠得到陽極電壓的取樣，通過電阻分壓方法能夠得到柵極電壓的取樣，然后將兩個電壓信號進行相位比較和矢量疊加。兩個要進行相位鑒別的具有方向矢量的高頻信號源，在電壓進行疊加后分別加到兩個反向安裝的二級管上，在進行檢波之后，就能獲得兩個極性不同的直流信號。直流電橋由電阻以及二級管檢波器的輸出電壓組成，當調諧工作完成并且兩個信號源之間的相位差為90的時候，直流電橋為平衡狀態。此狀態具體表現為此時沒有誤差信號的輸出。假如調諧沒有完成，同時兩個信號源之間的相位差不是90，直流電橋就會出現錯誤的信號輸出，該誤差信號有可能是正極也有可能是負極。但當誤差的信號被放大之后，會成為調諧元件傳動機構的一個驅動信號，當被調諧的元件轉動至電路諧振位置的時候，此時沒有誤差信號輸出，至此調諧的過程結束。

420C型0kW5短波發射機的高末級是使用鑒相器進行自動調諧的。其控制原理與大多數使用鑒相器的調諧系統基本相同。在電子管的柵極和屏極各取一個幅度大小合適的射頻信號，分別送到鑒相器的輸入端，經過鑒別，在鑒相器的輸出端得到一個直流電信號。由于直流信號隨著兩個輸入射頻信號的相位差而變化，因此發射機的調諧系統依據鑒相器的輸出信號對調諧元件進行調整，使調諧回路處于最佳工作狀態。發射機高末鑒相器的取樣，來自高末屏極和高末柵極，高末屏極取的是電壓信號，高末柵極取的是電流信號。高末柵極之所以用電流取樣，而不采用電壓取樣，是因為柵極跟屏極的射頻相位相差180°。

而鑒相器為余弦型，相位差在90°的時候，電壓輸出為0。為了便于判斷，高末柵極采用電流取樣，使二者的相位差處于90°。

2 鑒相器系統存在的問題

高末柵極的取樣信號干擾嚴重。機器在設計時，沒有采取屏蔽措施，有些電阻直接暴露在高頻環境當中，造成干擾很嚴重，導致鑒相器輸出信號不穩定，信號電平也不準確。

鑒相器輸出的直流信號的取樣精度和速度受限制。發射機原來設計鑒相器輸出信號是從鑒相器出來之后，送入1A2單元的伺服模擬處理器，以-5V為參考地進行2倍的放大后得到0～10V的取樣信號，由于鑒相器正常輸出在±500MV以內，而以±2.5V進行量化取樣，信號的精度就降低了很多；另一方面，鑒相器信號經過1A2的伺服模擬處理器后，通過1A2控制程序，進入伺服數字處理器，經過轉換之后再進入上位機，受到單片機速度的限制，使鑒相器數據取樣速度受限制。

3 鑒相器的改進措施

對鑒相器輸入信號進行屏蔽抗干擾處理。對于暴露在RF環境下的高末級柵極取樣電阻，我們采取了必要的屏蔽措施，取樣電阻被屏蔽后，取樣波形有了明顯的好轉。

對鑒相器輸出信號進行高精度量化取樣處理。鑒于鑒相器本身存在的缺陷與不足，我們取消了原來鑒相器信號的傳輸、取樣量化方式，直接將鑒相器的輸出信號送往工控機（即上位機），在工控機中，使用PCL-1716模擬量采集卡進行模數轉換，PCL-1716是16位A/D轉換器，為提高量化精度，我們采用-625至+625MV之間的取樣量化區間，采樣速度為250kHz。由于鑒相器輸出信號的正常幅度在±500MV以內，極大地提高了信號的采樣精度和速度。

自動調諧方式的改變及鑒相器補償。除了上述兩個缺陷之外，另一個導致鑒相器的效果不好的原因是中間環節過多，速度比較慢。因此，可以將鑒相器輸出信號直接送入上位機，在上位機中編寫相應自動調諧程序，用以控制伺服電機的運轉，進行調諧，改造后，使得調諧速度和精度都有所提高。由于頻率變化，鑒相器輸出都有一些不同程度的偏移，即使在不同的工作頻率上，發射機處于正調諧的位置時，鑒相器輸出也不能完全為零。為此，我們在程序處理上，根據鑒相器的頻率特性，進行了存儲數值的偏移，即在調諧時，對相應的頻率進行適當補償，從而達到正調諧的目的。

[1]蔣君章.等效鑒相器法及其應用[J].電子學報，1978（01）.

[2]郝大海.鑒相器在短波廣播發射機調諧控制中的運用[J].無線互聯科技，2014（07）.

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1004-7344（2016）01-0278-01

2015-12-20