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标题 PDM中波发射机改频分析与实践
范文 黄鸿燕
摘 要 中波发射机因播出任务需要更改工作频率，掌握改频的理论要点及关键技术，对发射机稳定及可靠工作有指导意义。全固态PDM中波发射机的改频主要解决高频通路的激励驱动幅度，输出网络的滤波及阻抗变换等重要环节。文章从改频的理论分析到实践要领进行总结。
关键词 PDM；中波发射机；带通滤波器；阻抗匹配
中图分类号 TN94 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）221-0099-03
中波发射台为适应不同的播出任务需要对发射机的载波频率进行变换，如何在保证发射机原有指标的前提下，对发射频率进行更改并且维持设备的长期稳定播出是专业性很强的工作，需要掌握一定的理论知识和实践能力。本文以TS-03C中波发射机的载波频率从540kHz更改到603kHz为例，对更改电路的工作原理和改频操作过程进行分析和总结。
1 改频工作原理分析
发射机载波频率属于高频部分，频率的更改只涉及发射机高频通路的更改，低频部分不需要更改。发射机高频通路中的中间放大器、调制功率放大器属于宽带放大，对全频段的中波频率均可进行放大，所以在频率变更时不需要对这些模块进行调整，只需要调整这些模块与频率相关的负载电路即可，该工作电路主要包括中放调谐回路和末级输出网络。
1.1 中放调谐回路电路分析及更改要点
中间放大器输出预放大的载频方波信号送到中放调谐回路，中放调谐回路在达到谐振的状态下，滤除方波中的高次谐波，取出符合要求的载频基波成分，实现方波到正弦波的转换[1]。调谐回路的谐振状态决定中间放大器是否有合适的负载，决定后级的驱动幅度，决定中间放大器是否可以用小电流就可以推动全部的功率放大器，所以调整调谐回路的串联和并联谐振尤为重要。如果谐振点没有调整准确，驱动幅度就达不到功率放大器中开关管的开通电压，桥式功放桥不工作，整机就没有功率输出。中放调谐电路如图1所示。
中放输出的载频方波信号通过C1和L1组成的串联谐振电路进行选频滤波，输入变压器T1初级的是滤除方波中谐波成分的基波分量。电感L2同后级功率放大器中的总输入电容并联谐振，进一步滤除谐波成分。调制/功放小盒上的高频激励测试口可测量高频信号的激励幅度。该测试口测量的是变压器初级的激励信号幅度，在正常情况下应达到80Vp-p，此时测量场效应管的栅极电压应达到28Vpp。假如激励信号幅度不够，应重新调整L1电感线圈，直至驱动幅度满足场效应管的开关要求。
1.2 末级输出网络电路分析及更改要点
TS-03C中波发射机输出网络由带通滤波器和阻抗微调电路构成，前级输出电压波形为周期矩形波，该矩形波的傅里叶级数展开式分为基波和奇次谐波，谐波中三次谐波振幅最大[2]。为了抑制高次谐波形成带外辐射，末级槽路采用仅让基波通过的带通滤波器。为了防止发射机输出负载变化影响稳定性，采用了低Q值的带通滤波兼阻抗变换器，使得带通滤波器对三次谐波的抑制能力变低，为达到必要的滤波度，在阻抗微调电路中加设了3次谐波陷波器，弥补带通滤波器带外抑制能力差的缺点。末级输出网络如图2所示。
1.2.1 带通滤波器
典型的带通滤波器电路串臂为串联谐振电路，并臂为并联谐振电路。该电路相移为0°，且不能进行阻抗变换。如图2所示，L2、C2谐振于工作频率，抽头b的上端接入电感和下端接入电感之间有互感，改变接入点b的位置即可实现合成变压器输出阻抗（30.5+j5）和馈管特性阻抗（50Ω）之间的匹配。电路的阻抗变换关系式：
式中，Ri为源阻抗也就是合成变压器输出电阻30.5Ω，R0为负载阻抗也就是馈管特性阻抗50Ω。
末级输出网络带通滤波器的设计是按照最平振幅特性设计的，称作巴特沃斯特性。在通带内，它的衰减特性最为平坦，在低于截止频率的通带内，衰减小于固定值。根据滤波器设计理论计算所采用的电容值偏大，在工艺上很难实现。在本次改频过程中，所改频率前后跨度不是很大，并不采取更改电容的方式进行调整，串联和并联电容均采用原值。L2和C2在改后频率603kHz处达到并联谐振，计算出L2的电感量为7.04μH，根据接入系数公式，L2上抽头的电感量为1.54μH，下抽头的电感量为5.5μH。L1和C1串联谐振，按照C1原值计算出L1的电感量为27.89μH。
1.2.2 T型阻抗微调网络
T型阻抗微调电路的串臂L4的作用是调载，L3的作用是调谐，三次谐波滤波器相对于基波来说等效为电容。阻抗微调电路可以选用相移角为-45°的T型网络。该网络的Q值为T网络半边电路相移角的正切值，也就是tg22.5°。T型匹配网络的源端和负载端阻抗均为50Ω，根据T型网络的调配原理，计算得串臂的电感为5.466μH，原机电容为6600pF，电感调整值为15.778 5μH。三次谐波L5的计算值为2.3336μH，C5的计算值為3 320pF，电容实际电容选用以接近设计值为准，改频前后频率差别不大，采用原配置电容1500pF并1 500pF并220pF，实际电容采用3 220pF，电抗值为81.99Ω，串联电感值L5实际值为2.4μH。
1.3 EDA仿真测试
采用EDA仿真软件的计算精度要比人工计算来的高，通过仿真验证可以弥补人工计算精度不足的缺点，利用计算机仿真软件完成前期的网络测试调整，再进行发射机改频和调试，可大量缩短现场调试时间，在提高改频效率的同时，保证电台播出的安全性。按照原厂家配置电容值，通过EDA仿真软件微调后的输出网络，其传输特性曲线和驻波比仿真曲线测试结果如图3和图4所示。

在改频过程中并未更改电容元件值，通过理论计算和仿真测试完成改频实验的前期工作。如图3所示，匹配网络在±10kHz范围内的带内纹波小，且电路的3dB带宽没有达到规定要求。因输出网络对带外抑制要求不是很高，在后级的T型网络中有专门的三次谐波陷波电路，可弥补低Q宽频带设计网络滤波度差的缺点。经过后面的实践表明发射机可稳定工作，并且三大指标符合要求。在天线阻抗发生变化或者其他原因造成50Ω阻抗不匹配时，通过微调T型低通调配网络L3、L4电感值，可以使发射机反射功率下降为零。
2 改频工作具体步骤及要领
整个改频过程主要针对高频激励器、调谐回路以及末级输出网络进行更改。所使用的仪器主要有：电烙铁、万用表、高频电桥和示波器。
2.1 高频激励器的调整
高频激励器处于发射机整机工作的高频部分，它的作用主要是产生发射机的载波工作频率。TS-03C发射机载波频率的设置通过3个可预置分频器来完成，型号为CD4522，3个可预置分频器通过3脚级连，最大可以实现999次分频。改变载波频率，即改变三个拨码开关的BCD码值，频率从540kHz改为603kHz，拨码开关的BCD码值从060调整为067。三位BCD码从左到右从高位到低位，分别对应拨码开关的百位、十位以及个位，即S2、S3、S4。
2.2 输出网络调整
输出网络调整包括三次谐波吸收电路的调整、T型网络的调整以及带通滤波器的调整。
2.2.1 三次谐波滤波器的调整
将三次谐波串联谐振电路从T型网络中断开，用高频电桥对地测量三次谐波电路的阻抗，调整电感线圈L5的值，使得虚部电抗值为0，使谐振电路在频率1809kHz处达到谐振状态。谐振在频率1620kHz的串联谐振电路在频率1809kHz处呈感性，减小线圈电感量，使谐振电路重新回到谐振状态。
2.2.2 T型网路调整
恢复三次谐波电路，在网络输出端接50Ω假负载，断开T型网络同带通滤波器的连接，用高频电桥测试T型网络的输入阻抗，反复调整L3、L4的电感值，L4调整实部阻抗值，L3调整虚部电抗值，直至电桥显示阻抗值趋于（50+j0）。调整时首先保证L3、L4的磁芯处于中间位置，便于在天线阻抗发生变化时左右
调整。更改前后频率相差不大，所选串臂电容不需要更改。微调串臂电感的感抗值，完成T型网络前后级的阻抗匹配。
2.2.3 带通滤波器的调整
将网络输出端断开，并且断开L2电感线圈抽头b，测并联谐振电路两端的电抗值，调整抽头a的位置，使得电桥显示阻抗值为无穷大，即达到并联谐振，原谐振电路在频率603kHz处呈容性，所以在不改变C2的情况下，略减小L2电感量，电路即可重新回到谐振状态。
恢复L2电感线圈抽头b，在网络输出端接上50Ω假负载，断开合成变压器输出，测带通滤波器输入阻抗，改变电感线圈抽头b的位置，使测试阻抗的实部趋于30.5Ω。调整L1电感线圈，使得测试阻抗的虚部等于合成变压器的输出阻抗，并且符号相反（-5j）。
2.3 中放调谐回路的调整
C1、L1串联谐振于工作频率，原540kHz谐振电路在频率603kHz处呈现感性。所改频率变化不大，考虑不更改原机谐振电容，将原机电感调小即可。
具体调整步骤如下：
1）断开发射机进线电源，断开调谐回路20芯AZ插座，也就是断开4个功放小盒的高频信号输入。将电感线圈L2的起始端对地短路。
2）脱开L1电感线圈的接入导线，将高频电桥搭在C1、L1两端，改变L1接入电感量，使得电桥指示阻抗虚部jX趋于0。调整好后，焊好L1线圈接入导线。
3）开启发射机低压和高压，改变电感线圈L2的值，用示波器重新测量调制/功放盒的高频激励信号幅度，使其值显示在80Vp-p值左右。相当于功放场效应管的栅极电压要达到28Vp-p，换算到耦合前的激励信号幅度为80Vp-p值左右，该信号幅度可在功放小盒面板上的XS1测试孔测得。每次调整测量需关机调整L2电感线圈，直到激励信号幅度达到功放场效应管的开启要求。用示波器观察激励信号，使得波形幅度最大，波形最好，中放电流最小。如果激励信号幅度过大或者过小，可通过改变变压器次级抽头接线柱的位置来改变激励信号幅度。
3 结论
中波全固态发射机的改频涉及发射机的稳定可靠工作及技术指标优化，中波的全频段工作頻率按播出任务变换更是一项复杂的技术实践过程。我们通过理论计算，再经过计算机仿真软件对计算结果进行微调和验证，并结合仿真结果对输出网络进行现场调整，使得网络的滤波性能和阻抗变换符合实际要求。发射机工作状态稳定，三大指标符合预期要求。同样，该理论及实践过程对于中波频段内其它频率之间的变换具有普遍指导意义。
参考文献
[1]张丕灶.全固态脉宽调制中波发射机[M].厦门：厦门大学出版社，2005.
[2]张丕灶.全固态中波发送系统原理与维护[M].北京：中国广播电视出版社，1999.
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更新时间：2024/12/23 1:43:34