中波數(shù)字調幅發(fā)射機VSWR保護電路分析與故障檢修

盧 靜，胡文睿

（河南省信陽中波轉播臺，河南 信陽 464000）

中波數(shù)字調幅發(fā)射機VSWR保護電路分析與故障檢修

盧 靜，胡文睿

（河南省信陽中波轉播臺，河南 信陽 464000）

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

中波數(shù)字發(fā)射機；VSWR保護；故障檢修

1 駐波故障研究背景

在日常維護工作中，會經(jīng)常遇到駐波故障發(fā)生，該類故障占有較高的比例，多種原因都會產生駐波故障，故障發(fā)生時發(fā)射機會呈現(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“正常”，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，“降功率”指示燈會熄滅，輸出功率和PA電流維持在一個比正常功率低的輸出功率值上，如果故障比較嚴重，發(fā)射機會再低輸出功率，發(fā)射機升功率按鍵指令無效，在這種情況下，電壓駐波比故障源必須修復，才能滿功率工作。

如何根據(jù)發(fā)射機所呈現(xiàn)不同的VSWR故障狀態(tài)，查找判斷駐波故障源，首先要對VSWR保護電路工作原理比較了解，然后才能進一步分析故障產生的原因，并通過長期維修實踐，不斷積累和歸納產生駐波故障的各種因素，從而為技術人員在檢修此類故障時提供全面而準確的判斷。

2 VSWR保護電路工作原理

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

2.1 天線VSWR保護電路分析

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

天線VSWR相位檢測器包括輸出檢測板上的電流取樣（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構成。當天線調配正常時，RF電壓、電流取樣信號等幅同相。

T2初級、次級均無電流，VD7，VD8無輸出信號，當調配不當時，VD7，VD8輸出一定直流信號，天線的行波系數(shù)（或駐波比）越差，其輸出的直流電壓越大。

相位檢測比較器N1是超高速差分比較器（LM360），R11，R15構成分壓器，電壓調節(jié)范圍0～3.4 V，通常調為3 V以上，作為設定的門限電壓送到電壓比較器N1的同相端，相位檢測器輸出的信號送到電壓比較器的反相端。當調配正常時，檢測器輸出電壓為零或很小，N1輸出TTL高電平（3 V以上），當失調且檢測器輸出電壓值越過設定的門限電壓時，N1輸出TTL低電平（小于0.4 V）。

手動駐波比保護。N1的反相端（XJ8）還有兩路信號線，一路接到駐波比故障模擬，它通過S1（天線駐波比檢測按鈕）可以切換到5 V電源，當作駐波比故障模擬實驗時，XJ8經(jīng)過S1接通5 V電源，比較器N1輸出TTL低電平。

駐波比保護環(huán)路自檢。N1的反相端還有一路信號來自駐波比環(huán)路自測（V8回路），發(fā)射機在每次開機時，機器設有駐波比環(huán)路自檢功能，自檢的結果在指示單元中用“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)測極上，自檢的低信號使三極管V8，V9導通，將兩個駐波比保護比較器的同相端拉到5V，模擬駐波比故障。設置駐波比自檢電路的目的是一旦駐波比保護失靈，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相位檢測器，其輸出接到N2的輸入端。N2的型號是74LS08（四重2輸入門），只要兩個相位檢測器有一個為低電平時，與門輸出為低電平，該信號為功放關閉-L信號送至調制編碼器，關斷所有的功率模塊，這些信號發(fā)生在VSWR檢測出故障后1 ms內。

單脈沖發(fā)生器N3。相位檢測比較器輸出的信號除了這一路到與門外，同時也送出一路信號到單脈沖發(fā)生器N3A，N3的型號為74HC123，是雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。當駐波比正常時，相位比較器送出高電平，當駐波比過大時，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，因此駐波比過大時，它輸出負脈沖，其脈沖寬度取決于R13，C22的時間常數(shù)，本電路的輸出脈沖寬度為14 ms，負脈沖送到LED板（A32）上的駐波比保護和過荷邏輯電路。故障和過荷電路發(fā)出的VSWR關斷信號和比較器輸出調制編碼板的信號相比慢一些，事實上在故障和過荷電路動作之前，送到調制編碼板的信號已經(jīng)恢復正常，每個VSWR觸發(fā)器的輸入都有一個RC延時電路保持調制編碼板的輸入為低電平，使功率模塊關斷1.5 ms，直到故障和過荷電路發(fā)出“功率關斷”信號。

圖1 輸出監(jiān)測板工作原理

相位檢測比較器外圍元件的作用。二極管VD10，VD11，VD15，VD16在瞬態(tài)保護比較器。R-C網(wǎng)絡（R7，L17，R10），因為發(fā)射機的輸出在送到編碼板的信號控制下判斷很快，射頻信號隨之消失使駐波比過大信號很短，用一個時間常數(shù)為

2.2 ms的R-C網(wǎng)絡將VSWR過大信號延時，使輸出的低電平信號時間大于1.5 ms。原理是通過小電阻R7，鑒相器輸出為C17很快充電，電容通過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于1.5 ms，以保證其他的保護電路正常工作。

2.2 帶通濾波器駐波比保護電路

帶通濾波器駐波比保護電路和天線駐波比保護電路工作原理基本相同，應當說明的是，帶通濾波器保護電路的取樣元件的位置靠近帶通濾波器，而天線VSWR的保護電路取樣元件靠近阻抗微調電路。

帶通濾波器VSWR電路可檢測出發(fā)射機輸出網(wǎng)絡與合成器內任何地方的駐波，輸出網(wǎng)絡元件故障時，發(fā)射機會得到保護。帶通濾波器VSWR同時可檢測出天線負載的變化，但是它的靈敏度設置較低，天線VSWR首先由天線VSWR電路檢測出來，然后再由帶通濾波器VSWR電路檢測出來。

2.3 VSWR保護的判斷

根據(jù)上述VSWR保護電路的分析，VSWR保護是分二級保護進行的。VSWR保護首先就是試圖消除故障，通常可通過將發(fā)射機輸出功率在一段時間內降到零來消除，這個零輸出功率是通過調制編碼器的作用將所有PA模塊關閉來實現(xiàn)的。在故障發(fā)生在20 ms內，發(fā)射機“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關掉PA模塊在短時間內消除，發(fā)射機會降功率。

（1）第一級VSWR保護。

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。

動作：這是VSWR保護的第一步，VSWR保護電路檢測器在不到1 ms內檢測出VSWR故障，然后將發(fā)射機射頻輸出關掉大約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，則不會采取下面的動作。VSWR的LCD不會停在“故障”，是因為這不是一個嚴重的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作會不定期地發(fā)生。

（2）第二級VSWR保護。

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“降功率”指示燈會熄滅，輸出功率和PA電流維持在一個比正常功率低的輸出值上。

動作：VSWR傳感器已檢測到一個嚴重的VSWR故障，試圖用第一級駐波比保護，但是故障連續(xù)不斷存在，時間超過1 s。降功率指令發(fā)給發(fā)射機，使之維持在仍能運行的功率電平上工作。在發(fā)出升功率指令（人為）前，功率電平會維持在那兒。如果故障仍然存在，發(fā)射機會再降功率，而忽視升功率指令（如果這時按升功率按鈕）。這種情況下，電壓駐波比故障源必須修復，否則發(fā)射機不能滿功率工作。

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)射機輸出網(wǎng)絡元件損壞等內部因素引起，另外VSWR保護電路比較器門限參數(shù)設置不當或者處于設置臨界狀態(tài)，也會造成VSWR故障。所以在檢修排除VSWR故障時，做出針對性的準確判斷，才能事半功倍。

3.1 可能引起天線VSWR過載的原因

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

3.1.1 引起放電的原因

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

②放電球間隙放電：發(fā)射機輸出網(wǎng)絡放電間隙、天線切換裝置、天調網(wǎng)絡放電間隙、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)電荷積累放電也會出現(xiàn)在絕緣的拉線段上，一般會出現(xiàn)在雷雨、風沙、積雪期間或之后。一旦電弧出現(xiàn)，發(fā)射機輸出功率會維持這個電弧，發(fā)射機功率斷掉后，電弧會消失。正確的安裝天線系統(tǒng)內的排水和設置放電裝置間隙能減少VSWR過載，但不能消除。

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

④傳輸線內凝結水滴引起傳輸線耐壓降低：如果在傳輸饋管內的加壓氣體壓力下降，或其氣體濕度過大時，可能引發(fā)這種情況，VSWR過載多半會出現(xiàn)在調制的峰值。

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

3.1.2 瞬變信號的可能原因

瞬變信號的引入通常發(fā)生在雷、雨天氣以及某些情況下來自遠處的閃電沖擊。雷擊會導致塔內電流在傳輸線上引起電流，該電流能到達相位檢測器并給出電壓VSWR過載信號。

其他內部信號同樣能導致天線系統(tǒng)內足夠大的電壓和電流。它仍能由相位檢波器檢測出來，并引起VSWR過載，解決這個問題可在天線阻抗匹配網(wǎng)絡上安裝陷波電路或濾波器。

3.1.3 負載阻抗改變

發(fā)射機輸出網(wǎng)絡和天調網(wǎng)絡中元件損壞（電容或電感線圈）均會造成負載阻抗發(fā)生變化，從而引起VSWR過載。另外，在發(fā)射機初次接入天調系統(tǒng)時，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)射機負載阻抗的變化會改變“天線零位”指示，同時不同程度地改變發(fā)射功率指示，應使用阻抗電橋檢查測試負載負抗并作校正。

3.2 帶通濾波器VSWR故障

在正常工作時，如果一個短暫VSWR發(fā)生，例如由雷電或天線系統(tǒng)內靜態(tài)放電引起的VSWR過載，天線與帶通濾波器指示都會閃爍，天線VSWR電路設置在帶通濾波器電路前一點。如果只是帶通濾波器指示燈閃爍，表明輸出網(wǎng)絡有問題，或者是輸出監(jiān)測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)絡出現(xiàn)問題，帶通濾波器VSWR電路會保護發(fā)射機直至損壞元件被替換。注意在此之前，不要試圖進一步提高功率，也不要改變調諧或負載調節(jié)旋鈕。

4 結語

發(fā)射機在日常工作和維護中，發(fā)生VSWR故障的概率較高，產生的原因也很多，但只要掌握VSWR保護電路的工作原理，并在日常技術維護工作中細心觀查，積累檢修經(jīng)驗，查找和排除此類故障并不困難。簡單總結而言就是在出現(xiàn)駐波故障時，首先要判斷和確定引起故障的大致位置。如果發(fā)射機多功能指示表上“天線零位”和“濾波器零位”都偏大，說明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，說明VSWR故障出現(xiàn)在輸出網(wǎng)絡上；如果兩個零位指示都正常，升功率時有打火現(xiàn)象，說明故障很可能在功率合成部分；如果兩零位都正常，升功率時沒有打火現(xiàn)象，那么故障就在輸出取樣板，輸出監(jiān)測板或邏輯檢測及狀態(tài)顯示板上。

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

[2]莊濤，盧光輝，冀曉鴿.數(shù)字調幅中波發(fā)射機故障匯編330例[M].北京：光明日報出版社，1900.

[3]佚名.DCM25KW數(shù)字循環(huán)調制中波廣播發(fā)射機技術說明書[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，本科，助理工程師；研究方向：中波無線覆蓋。