PDM中波發射機改頻分析與實踐

黃鴻燕

摘 要 中波發射機因播出任務需要更改工作頻率，掌握改頻的理論要點及關鍵技術，對發射機穩定及可靠工作有指導意義。全固態PDM中波發射機的改頻主要解決高頻通路的激勵驅動幅度，輸出網絡的濾波及阻抗變換等重要環節。文章從改頻的理論分析到實踐要領進行總結。

關鍵詞 PDM；中波發射機；帶通濾波器；阻抗匹配

中圖分類號 TN94 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）221-0099-03

中波發射臺為適應不同的播出任務需要對發射機的載波頻率進行變換，如何在保證發射機原有指標的前提下，對發射頻率進行更改并且維持設備的長期穩定播出是專業性很強的工作，需要掌握一定的理論知識和實踐能力。本文以TS-03C中波發射機的載波頻率從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行分析和總結。

1 改頻工作原理分析

發射機載波頻率屬于高頻部分，頻率的更改只涉及發射機高頻通路的更改，低頻部分不需要更改。發射機高頻通路中的中間放大器、調制功率放大器屬于寬帶放大，對全頻段的中波頻率均可進行放大，所以在頻率變更時不需要對這些模塊進行調整，只需要調整這些模塊與頻率相關的負載電路即可，該工作電路主要包括中放調諧回路和末級輸出網絡。

1.1 中放調諧回路電路分析及更改要點

中間放大器輸出預放大的載頻方波信號送到中放調諧回路，中放調諧回路在達到諧振的狀態下，濾除方波中的高次諧波，取出符合要求的載頻基波成分，實現方波到正弦波的轉換[1]。調諧回路的諧振狀態決定中間放大器是否有合適的負載，決定后級的驅動幅度，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，所以調整調諧回路的串聯和并聯諧振尤為重要。如果諧振點沒有調整準確，驅動幅度就達不到功率放大器中開關管的開通電壓，橋式功放橋不工作，整機就沒有功率輸出。中放調諧電路如圖1所示。

中放輸出的載頻方波信號通過C1和L1組成的串聯諧振電路進行選頻濾波，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L2同后級功率放大器中的總輸入電容并聯諧振，進一步濾除諧波成分。調制/功放小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，在正常情況下應達到80Vp-p，此時測量場效應管的柵極電壓應達到28Vpp。假如激勵信號幅度不夠，應重新調整L1電感線圈，直至驅動幅度滿足場效應管的開關要求。

1.2 末級輸出網絡電路分析及更改要點

TS-03C中波發射機輸出網絡由帶通濾波器和阻抗微調電路構成，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。為了防止發射機輸出負載變化影響穩定性，采用了低Q值的帶通濾波兼阻抗變換器，使得帶通濾波器對三次諧波的抑制能力變低，為達到必要的濾波度，在阻抗微調電路中加設了3次諧波陷波器，彌補帶通濾波器帶外抑制能力差的缺點。末級輸出網絡如圖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諧振電路，并臂為并聯諧振電路。該電路相移為0°，且不能進行阻抗變換。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b的位置即可實現合成變壓器輸出阻抗（30.5+j5）和饋管特性阻抗（50Ω）之間的匹配。電路的阻抗變換關系式：

式中，Ri為源阻抗也就是合成變壓器輸出電阻30.5Ω，R0為負載阻抗也就是饋管特性阻抗50Ω。

末級輸出網絡帶通濾波器的設計是按照最平振幅特性設計的，稱作巴特沃斯特性。在通帶內，它的衰減特性最為平坦，在低于截止頻率的通帶內，衰減小于固定值。根據濾波器設計理論計算所采用的電容值偏大，在工藝上很難實現。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行調整，串聯和并聯電容均采用原值。L2和C2在改后頻率603kHz處達到并聯諧振，計算出L2的電感量為7.04μH，根據接入系數公式，L2上抽頭的電感量為1.54μH，下抽頭的電感量為5.5μH。L1和C1串聯諧振，按照C1原值計算出L1的電感量為27.89μH。

1.2.2 T型阻抗微調網絡

T型阻抗微調電路的串臂L4的作用是調載，L3的作用是調諧，三次諧波濾波器相對于基波來說等效為電容。阻抗微調電路可以選用相移角為-45°的T型網絡。該網絡的Q值為T網絡半邊電路相移角的正切值，也就是tg22.5°。T型匹配網絡的源端和負載端阻抗均為50Ω，根據T型網絡的調配原理，計算得串臂的電感為5.466μH，原機電容為6600pF，電感調整值為15.778 5μH。三次諧波L5的計算值為2.3336μH，C5的計算值為3 320pF，電容實際電容選用以接近設計值為準，改頻前后頻率差別不大，采用原配置電容1500pF并1 500pF并220pF，實際電容采用3 220pF，電抗值為81.99Ω，串聯電感值L5實際值為2.4μH。

1.3 EDA仿真測試

采用EDA仿真軟件的計算精度要比人工計算來的高，通過仿真驗證可以彌補人工計算精度不足的缺點，利用計算機仿真軟件完成前期的網絡測試調整，再進行發射機改頻和調試，可大量縮短現場調試時間，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仿真軟件微調后的輸出網絡，其傳輸特性曲線和駐波比仿真曲線測試結果如圖3和圖4所示。

在改頻過程中并未更改電容元件值，通過理論計算和仿真測試完成改頻實驗的前期工作。如圖3所示，匹配網絡在±10kHz范圍內的帶內紋波小，且電路的3dB帶寬沒有達到規定要求。因輸出網絡對帶外抑制要求不是很高，在后級的T型網絡中有專門的三次諧波陷波電路，可彌補低Q寬頻帶設計網絡濾波度差的缺點。經過后面的實踐表明發射機可穩定工作，并且三大指標符合要求。在天線阻抗發生變化或者其他原因造成50Ω阻抗不匹配時，通過微調T型低通調配網絡L3、L4電感值，可以使發射機反射功率下降為零。

2 改頻工作具體步驟及要領

整個改頻過程主要針對高頻激勵器、調諧回路以及末級輸出網絡進行更改。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 高頻激勵器的調整

高頻激勵器處于發射機整機工作的高頻部分，它的作用主要是產生發射機的載波工作頻率。TS-03C發射機載波頻率的設置通過3個可預置分頻器來完成，型號為CD4522，3個可預置分頻器通過3腳級連，最大可以實現999次分頻。改變載波頻率，即改變三個撥碼開關的BCD碼值，頻率從540kHz改為603kHz，撥碼開關的BCD碼值從060調整為067。三位BCD碼從左到右從高位到低位，分別對應撥碼開關的百位、十位以及個位，即S2、S3、S4。

2.2 輸出網絡調整

輸出網絡調整包括三次諧波吸收電路的調整、T型網絡的調整以及帶通濾波器的調整。

2.2.1 三次諧波濾波器的調整

將三次諧波串聯諧振電路從T型網絡中斷開，用高頻電橋對地測量三次諧波電路的阻抗，調整電感線圈L5的值，使得虛部電抗值為0，使諧振電路在頻率1809kHz處達到諧振狀態。諧振在頻率1620kHz的串聯諧振電路在頻率1809kHz處呈感性，減小線圈電感量，使諧振電路重新回到諧振狀態。

2.2.2 T型網路調整

恢復三次諧波電路，在網絡輸出端接50Ω假負載，斷開T型網絡同帶通濾波器的連接，用高頻電橋測試T型網絡的輸入阻抗，反復調整L3、L4的電感值，L4調整實部阻抗值，L3調整虛部電抗值，直至電橋顯示阻抗值趨于（50+j0）。調整時首先保證L3、L4的磁芯處于中間位置，便于在天線阻抗發生變化時左右

調整。更改前后頻率相差不大，所選串臂電容不需要更改。微調串臂電感的感抗值，完成T型網絡前后級的阻抗匹配。

2.2.3 帶通濾波器的調整

將網絡輸出端斷開，并且斷開L2電感線圈抽頭b，測并聯諧振電路兩端的電抗值，調整抽頭a的位置，使得電橋顯示阻抗值為無窮大，即達到并聯諧振，原諧振電路在頻率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。

恢復L2電感線圈抽頭b，在網絡輸出端接上50Ω假負載，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，使測試阻抗的實部趨于30.5Ω。調整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 中放調諧回路的調整

C1、L1串聯諧振于工作頻率，原540kHz諧振電路在頻率603kHz處呈現感性。所改頻率變化不大，考慮不更改原機諧振電容，將原機電感調小即可。

具體調整步驟如下：

1）斷開發射機進線電源，斷開調諧回路20芯AZ插座，也就是斷開4個功放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。調整好后，焊好L1線圈接入導線。

3）開啟發射機低壓和高壓，改變電感線圈L2的值，用示波器重新測量調制/功放盒的高頻激勵信號幅度，使其值顯示在80Vp-p值左右。相當于功放場效應管的柵極電壓要達到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。每次調整測量需關機調整L2電感線圈，直到激勵信號幅度達到功放場效應管的開啟要求。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 結論

中波全固態發射機的改頻涉及發射機的穩定可靠工作及技術指標優化，中波的全頻段工作頻率按播出任務變換更是一項復雜的技術實踐過程。我們通過理論計算，再經過計算機仿真軟件對計算結果進行微調和驗證，并結合仿真結果對輸出網絡進行現場調整，使得網絡的濾波性能和阻抗變換符合實際要求。發射機工作狀態穩定，三大指標符合預期要求。同樣，該理論及實踐過程對于中波頻段內其它頻率之間的變換具有普遍指導意義。

參考文獻

[1]張丕灶.全固態脈寬調制中波發射機[M].廈門：廈門大學出版社，2005.

[2]張丕灶.全固態中波發送系統原理與維護[M].北京：中國廣播電視出版社，1999.