關(guān)于DAM中波發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)的研究

程國嵩

（松原中波發(fā)射臺，吉林 松原 138000）

0 引 言

DAM中波發(fā)射機的輸出網(wǎng)絡(luò)包括T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和二階帶通濾波網(wǎng)絡(luò)兩部分。發(fā)射機功率合成器輸出低阻抗4 Ω，天線饋線的特性阻抗為50 Ω（或75 Ω）。輸出網(wǎng)絡(luò)的主要作用是將合成器輸出的低阻抗變換為50 Ω，以便于功率傳輸。

1 輸出網(wǎng)絡(luò)的工作原理

輸出網(wǎng)絡(luò)完成阻抗變換需要兩個過程：帶通濾波器級和輸出網(wǎng)絡(luò)級。功放級放大器模塊輸出的功率電壓經(jīng)合成器疊加后具有臺階毛刺，而帶通濾波器將功率合成器輸出的波形變得光滑，濾除多余的“臺階”電壓，同時防止帶外頻率數(shù)/模轉(zhuǎn)換干擾音頻系統(tǒng)，并將合成器4 Ω的低阻抗輸出匹配為50 Ω（75 Ω）。T型網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)天線系統(tǒng)和發(fā)射機的阻抗匹配，通過“調(diào)諧”和“負(fù)載”兩個調(diào)整線圈完成。此外，T型網(wǎng)絡(luò)還具有衰減諧波的功能。輸出網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 輸出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

電容C、電容C102、電感L101和電感L102構(gòu)成了帶通網(wǎng)絡(luò)。帶通網(wǎng)絡(luò)是一個2階巴特沃斯濾波器，同時也是一個非典型的倒г網(wǎng)絡(luò)阻抗變換器，具有較好的平坦度，實現(xiàn)帶通網(wǎng)絡(luò)的濾波和阻抗匹配兩個功能。濾波功能是濾除音頻通帶外的不必要頻譜成分，這些頻譜成份主要是模/數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率和各種組合差頻。功率合成器輸出的已調(diào)制調(diào)幅波信號具有一定的量化臺階，經(jīng)過帶通濾波器后，臺階被濾除，RF功率調(diào)幅信號變成光滑的典型調(diào)幅波信號，實現(xiàn)了RF功率最后的數(shù)/模轉(zhuǎn)換，同時實現(xiàn)了合成器4 Ω低阻抗輸出變換為輸出測試點的50 Ω純阻。帶通濾波器的幅頻特性較好，以載波f0點為0 dB，相對于±10 kHz范圍內(nèi)衰減量在±0.1 dB，在±50 kHz范圍內(nèi)衰減量大于-3 dB，在±100 kHz范圍內(nèi)衰減量大于-12 dB。

電容C104、電感L103、電感L104和電感L105構(gòu)成了T型高通匹配網(wǎng)絡(luò)[1]。網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出支路有可調(diào)電感器，串聯(lián)諧振于三次諧波的接地支路相對于載波頻率呈現(xiàn)容抗。T型網(wǎng)絡(luò)匹配阻抗適用于不規(guī)則的50 Ω饋線阻抗，一般饋線的駐波比低于1.25都能與其正常匹配。

發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)的電感電容有載波頻率決定，電抗值的大小取決于發(fā)射機的載波頻率。輸出網(wǎng)絡(luò)上還接有RF取樣電路，用于輸出監(jiān)測電路的功率監(jiān)測和駐波比（VSWR）過載保護(hù)等功能。

2 輸出網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整

2.1 輸出網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)調(diào)整

2.1.1 調(diào)整T型網(wǎng)絡(luò)匹配

采用矢量分析儀將輸出網(wǎng)絡(luò)接上假負(fù)載進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試。先調(diào)整3次諧波串聯(lián)陷波器，按圖1將三次陷波器從A點斷開，用矢量分析儀測量L105和C104的串聯(lián)諧振，將網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置為史密斯阻抗原圖，測試頻率范圍是5 MHz。調(diào)整可變電感L105，使網(wǎng)絡(luò)諧振于載波頻率的三倍頻上，恢復(fù)A點連接。調(diào)整T型網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配，把可調(diào)電感器L103從B點處斷開（連接線要帶入，它是阻抗的一部分），將網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率范圍設(shè)置在3 MHz，然后連接網(wǎng)絡(luò)分析儀，調(diào)整可調(diào)電感線圈L103（調(diào)諧）和L104（負(fù)載）來改變負(fù)載阻抗。其中，L103影響虛部，L104影響實部，調(diào)整負(fù)載阻抗至50±j0 Ω。

2.1.2 調(diào)整帶通濾波器

先調(diào)整L102和電容C組成的并聯(lián)諧振，斷開L102的C點連接線（不要恢復(fù)B點連接）。網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試狀態(tài)不變，接入網(wǎng)絡(luò)分析儀改變可調(diào)電感L102的電感值，達(dá)到阻抗無窮大即并聯(lián)諧振狀態(tài)。調(diào)整電感線圈L101和電容C101組成的串聯(lián)諧振，從D點斷開串聯(lián)諧振與發(fā)射機合成變壓器輸出銅棒的連接（不要恢復(fù)C點連接），調(diào)整可調(diào)電感器L101，使阻抗調(diào)整至趨近于0，即串聯(lián)諧振。

2.1.3 調(diào)整輸出網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗

將A點、B點和C點恢復(fù)連接，將矢量分析儀設(shè)置在阻抗圓圖狀態(tài)，接入D點測試（保持與合成變壓器銅棒的斷開），改變B點和C點位置，使測試輸入阻抗達(dá)到4 Ω左右。微調(diào)可調(diào)電感線圈L101，使輸入阻抗接近于純阻狀態(tài)。

2.1.4 測量輸出網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗

將假負(fù)載斷開，發(fā)射機輸出端開路。將矢量分析儀設(shè)置為3 MHz帶寬，短路校準(zhǔn)，按圖2連接測量傳輸特性。

圖2 輸出網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)

將C點接地后串接阻抗變換器，將阻抗變換器的4 Ω抽頭連接到電感線圈L101的初始端。①端為50 Ω抽頭端，②端為接地端，③④端是矢量分析儀輸入端口。將①②端接入矢量分析儀的輸出端口，將③④端接入矢量分析儀的輸入端口。適當(dāng)改變C點和B點位置，網(wǎng)絡(luò)分析儀將呈現(xiàn)如圖3所示的幅頻特性。調(diào)整L101，使特性曲線頂部平滑。如果頂部過寬，B向遠(yuǎn)地端移動；如果頂部過窄，B向近地端移動。繼續(xù)改變C點位置，直到滿足f0±10 kHz，帶內(nèi)平坦度＜±0.5 dB；f0±50 kHz，頻點相對衰減為-3 dB（3 dB帶寬為100 kHz）；f0±100 kHz，頻點相對衰減為-15±2 dB。完成后，恢復(fù)發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)的全部連接線。

圖3 輸出網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線

2.2 輸出網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)調(diào)整

動態(tài)調(diào)整是使發(fā)射機的輸出功率達(dá)到最大功率點。調(diào)整時要檢查推動信號，并調(diào)整輸出阻抗。注意觀察有無異常現(xiàn)象，出現(xiàn)異常時需立即關(guān)閉發(fā)射機，切斷電源直到排除故障，才可以重新調(diào)整。

2.2.1 檢查RF驅(qū)動信號

把循環(huán)調(diào)制編碼板設(shè)置為循環(huán)“OFF”，功放控制為“ON”，將發(fā)射機熔斷器組件板的熔斷器全部取下，然后開機上高壓、升功率，直到D1～D18全部開啟。用示波器測量功放模塊D1～D18的柵極驅(qū)動電壓，正常情況下為22VP-P。若有較大的偏差，需要重新調(diào)整推動穩(wěn)壓電源的驅(qū)動電壓，使其柵極幅度達(dá)到需要的要求。降功率，直到D1～D18全部關(guān)閉，然后關(guān)掉高壓，將熔斷器組件板恢復(fù)。

2.2.2 調(diào)整最大功率點

開機上高壓、升功率，將D1～D5功放模塊開啟，觀察顯示屏上的功放電流指示，檢查發(fā)射機的匹配網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)器件是否正常工作。如果工作正常，繼續(xù)升功率至功放模塊D1～D13開啟，顯示屏的功放電流此時應(yīng)為30 A，輸出功率將在5 kW左右。然后，關(guān)閉發(fā)射機，調(diào)整輸出網(wǎng)絡(luò)電感線圈L101的抽頭，開機觀察功放電流是否增大或減小。之后，關(guān)機繼續(xù)調(diào)整，反復(fù)幾次，直到尋找到功放電流最大點和輸出功率最大點。

2.2.3 功率合成器輸出阻抗的調(diào)試

將循環(huán)調(diào)制編碼板的小臺階全部設(shè)置為開啟狀態(tài)，給小臺階功放模塊加上功放電壓，使其具備工作條件。升功率至大臺階D1～D18全部開啟，然后觀察顯示屏功放電流，關(guān)機重新調(diào)整電感線圈L101的抽頭，直到找到電流最大點，此時約50 A。若偏差較大，可相應(yīng)適當(dāng)改變輸出網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)L102抽頭的位置，使輸入阻抗4 Ω發(fā)生輕微改變，使功放電流達(dá)到50 A，即此時發(fā)射機輸出功率達(dá)到10 kW。然后，發(fā)射機工作5 min，觀察機器的各部分工作狀態(tài)，之后關(guān)閉發(fā)射機，打開機箱門，檢查輸出網(wǎng)絡(luò)的電感電容是否存在拉弧、打火和發(fā)熱現(xiàn)象。如果存在拉弧打火等異常現(xiàn)象，需馬上處理；若發(fā)射機功放模塊的散熱器存在不均勻發(fā)熱現(xiàn)象，說明輸出網(wǎng)絡(luò)匹配沒有調(diào)整到位，需要反復(fù)微調(diào)輸出網(wǎng)絡(luò)，直到功放模塊的散熱器均勻散熱。

2.2.4 調(diào)試循環(huán)調(diào)制

降功率，使發(fā)射機輸出功率降至零。按升功率鍵，準(zhǔn)備小功率下調(diào)試循環(huán)，使“大臺階”功放模塊D1～D3開啟，設(shè)置循環(huán)調(diào)試編碼板處于“循環(huán)控制狀態(tài)”，D1～D3的指示燈依次循環(huán)移動，觀察發(fā)射機電流指示是否與停止循環(huán)工作時基本相同。兩個循環(huán)周期結(jié)束后，繼續(xù)升功率至大臺階模塊D1～D10開啟，置于循環(huán)工作狀態(tài)。觀察電流指示是否與停止循環(huán)時工作基本相同。兩個循環(huán)周期結(jié)束后，繼續(xù)升功率至“大臺階”模塊D1～D18開啟。此時，輸出功率最大達(dá)到10 kW，電流為50 A。觀察D1～D18循環(huán)兩個周期后，發(fā)現(xiàn)電流無明顯變化。發(fā)射機連續(xù)工作2小時，關(guān)機檢查輸出網(wǎng)絡(luò)各部分有無明顯發(fā)熱、打火或拉胡現(xiàn)象。如果無異常情況，說明發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)調(diào)試到最佳狀態(tài)。

3 輸出網(wǎng)絡(luò)的故障報警

輸出網(wǎng)絡(luò)加裝有發(fā)射機駐波比（VSWR）保護(hù)電路，用于保護(hù)發(fā)射機和天饋線設(shè)備。發(fā)射機處于高功率時，發(fā)生較大的駐波比將導(dǎo)致大電流或高壓，引起輸出網(wǎng)絡(luò)打火、元件發(fā)熱等現(xiàn)象。輸出網(wǎng)絡(luò)的駐波比VSWR過載門限值不能設(shè)置太高，而較低的靈敏度將導(dǎo)致元器件損壞或失效。帶通濾波器VSWR電路可以檢測發(fā)射機內(nèi)功率合成器至輸出網(wǎng)絡(luò)之間任意處發(fā)生的高駐波，當(dāng)出現(xiàn)元器件故障時，控制系統(tǒng)會及時執(zhí)行保護(hù)動作。

帶通濾波器VSWR電路同時可檢測任何天線負(fù)載的變化[2]，但是它的靈敏度設(shè)置較低。天線VSWR首先由天線VSWR電路檢測出來，然后由帶通濾波器VSWR電路檢測出來。VSWR保護(hù)的第一步是試圖消除故障。通常，可通過將發(fā)射機輸出功率在一段時間內(nèi)降到零實現(xiàn)消除。這個零輸出功率是通過調(diào)制編碼板的作用將所有的功放單元關(guān)閉而實現(xiàn)的，整個過程在20 ms內(nèi)實現(xiàn)。如果VSWR故障多次都不能通過關(guān)掉功放單元來消除，發(fā)射機將會降低功率。元器件故障引起輸出網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，VSWR檢測電路會保護(hù)發(fā)射機直至損壞元器件被替換。需要注意，不要試圖進(jìn)一步提高輸出功率，更不要改變“調(diào)諧”或“負(fù)載”旋鈕。

正常工作時，如果一個短暫VSWR發(fā)生，如由雷電或天線系統(tǒng)內(nèi)靜態(tài)放電引起的VSWR，天線與帶通濾波器指示都會閃爍，天線VSWR電路需設(shè)置在帶通濾波器電路前；如果只是帶通濾波器指示燈閃爍，則表明輸出網(wǎng)絡(luò)有問題。

4 結(jié) 論

發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)的工作原理和電路結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但調(diào)整工作相對繁瑣，易出現(xiàn)故障，且維護(hù)量相對較大。因此，熟練掌握工作原理，提高電路調(diào)整的動手能力，積累保護(hù)電路的設(shè)置經(jīng)驗，以顯著提升發(fā)射機的穩(wěn)定播出質(zhì)量，保證播出的安全。

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

[2] 陳曉衛(wèi).全固態(tài)中波廣播發(fā)射機使用與維護(hù)[M].北京：中國廣播電視出版社，2002.