100kW PSM短波發(fā)射機的雜音問題

吳海軍

摘要：文章首先對PSM100KW短波發(fā)射機進行了概括性介紹，進而分析了PSM100KW短波發(fā)射機的雜音問題，并在此基礎(chǔ)上提出解決PSM100KW短波發(fā)射機雜音問題的有效途徑與方法。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機；雜音；頻率

1PSM100KW短波發(fā)射機概述

PSM100KW短波發(fā)射機系統(tǒng)由頻率合成器輸出的功率為20mW的正弦射頻載波信號經(jīng)自動增益器均衡幅度后，進入寬帶射頻放大器放大至200W，然后在進入高級射頻放大器完成緩沖窄帶放大，再進入高末級射頻放大器進行高增益窄帶放大，最終輸出100KW的射頻載波功率電平。經(jīng)過上述三級調(diào)幅過程中，再經(jīng)諧波濾波器濾除諧波后，進入平衡轉(zhuǎn)換器，將75Ω的單邊信號轉(zhuǎn)變?yōu)?00Ω的平衡信號，輸送給天線系統(tǒng)。幾乎所有的100KWPSM短波發(fā)射機均采用了脈沖階梯調(diào)制技術(shù)，當載波的輸出功率為100KW時，可在以下頻段范圍內(nèi)使用：3.2-26.1MHz。發(fā)射機系統(tǒng)主要是由以下幾個部分組成：激勵器、增益控制器、三級放大器（寬頻帶、高前級和高末級）、屏級輸出網(wǎng)格、濾波器、平衡轉(zhuǎn)換器、電源、指示與過流保護電路等。下面分別對主要組成部分的功能進行介紹。

1.1激勵器

激勵器又被稱之為頻率合成器，100KWPSM短波發(fā)射機應(yīng)用的是美國麻省生產(chǎn)的PTS040型激勵器，該設(shè)備的主要技術(shù)指標如表1所示。

激勵器能夠預(yù)選10個頻率，采用的是TTLBCD碼控制，能實現(xiàn)遙控和手控兩種控制方式，接口采用的是IEEE標準接口，能通過對激勵器的控制，實現(xiàn)發(fā)射機頻率的倒換。雖然也有部分100KWPSM短波發(fā)射機采用了國產(chǎn)的激勵器，并且主要的技術(shù)標準也均相同，但從實際應(yīng)用情況上看，穩(wěn)定性要比進口的差一些。

1.2增益控制器

該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：借助控制面板上可變阻6R4能夠增加或是減少射頻增益，同時，通過對末前級陰流以及高末級柵流變化的監(jiān)控，可對激勵器輸出的射頻電平進行自動調(diào)節(jié)。

1.3寬頻帶放大器

100KWPSM短波發(fā)射機系統(tǒng)采用的寬頻帶放大器的主要技術(shù)指標如表2所示。

2PSM100KW短波發(fā)射機的雜音問題分析

2.1分頻雜音

在實際操作中，48級脈沖階梯調(diào)制開關(guān)的輸出電壓無法處于完全平衡的狀態(tài)，造成這一現(xiàn)象的原因在于以下幾個方面。

在兩臺PSM主變壓器的48個功率模塊上，分別接有48個次級繞組，對于各功率模塊而言，每個次級繞組均為一個獨立運行的三相全波整流器。在移相變壓器中，受次級繞組位置的影響會產(chǎn)生不同的漏感。一般情況下，邊緣繞組的漏感大，中間繞組的漏感小，從而造成移相變壓器中的次級繞組會輸出不同的電壓，造成電壓不平衡。此外，移相變壓器制造工藝不同也是導(dǎo)致移相變壓器相同位置繞組輸出電壓不相同的主要原因之一。所以，對于開關(guān)頻率周期內(nèi)21級脈沖階梯調(diào)制開關(guān)而言，其合成電壓是不相等的，將這種合成電壓輸出到射頻被調(diào)級，就會出現(xiàn)雜音現(xiàn)象。具體頻率可通過以下公式進行計算獲得：PDM補償脈沖頻率/總的脈沖階梯調(diào)制開關(guān)級數(shù)=1.46kHz，其中PDM補償脈沖頻率為70kHz，總的脈沖階梯調(diào)制開關(guān)級數(shù)為48級。這種分頻雜音可直接落入音頻范圍，無法通過調(diào)制級輸出端解調(diào)器進行濾除，是PSM發(fā)射機所特有的雜音，其他發(fā)射機沒有這種雜音。

脈沖階梯調(diào)制開關(guān)所使用的硅橋、電解電容、IGBT管等元器件，其電參數(shù)具備一定離散性，這也是導(dǎo)致每一級脈沖階梯調(diào)制開關(guān)電源輸出電源不相同的原因。

2.2調(diào)制器控制器引起的噪音

從雜音的性質(zhì)上看，由PSM調(diào)制器控制器引起的噪音較為復(fù)雜，產(chǎn)生的原因也相對較多，通常情況下，只要控制PSM功率模塊的工作信號異常，均可能引起噪音。具體情況如下。

調(diào)制器控制器功率模塊上的控制板及光纜等元器件質(zhì)量存在問題或是使用性能下降時，都可能使IGBT的控制信號出現(xiàn)異常，由此便會產(chǎn)生出雜音。例如：觸發(fā)器狀態(tài)不正確、時鐘頻率穩(wěn)定性不佳、功率模塊上的控制小板異常、光接收頭接觸不良等等。

快速變換器是PSM調(diào)制器控制器的重要組成部分之一，它的基本原理是借助音頻復(fù)合信號與狀態(tài)總線之間的電壓相比達到模數(shù)轉(zhuǎn)換的目的，若是兩個信號中的任意一個出現(xiàn)不穩(wěn)定或是受干擾，均會引起寄生調(diào)制問題，這樣一來便會出現(xiàn)雜音。如狀態(tài)總線電壓受到雜亂分散的電場干擾或是電壓不穩(wěn)，都可能引起雜音。

調(diào)制器控制器接地或是工作電源不良時，也容易引起雜音。

3解決PSM100KW短波發(fā)射機雜音問題的有效途徑與方法

3.1解決分頻雜音的方法

對于分頻雜音可采取如下方法加以解決處理。

在移相變壓器的制造工藝上盡量使繞制方式更為合理，保證不同位置的繞組其漏感一致，從而實現(xiàn)輸出電壓相等。

對兩臺PSM變壓器而言，可讓其次級繞組的輸出電壓一臺超前輸入電壓15°，另一臺滯后輸入電壓15°，使兩臺PSM變壓器相差±15°。如此一來，可將兩套24組三相全波整流器合稱為24組12相整流器，從而達到降低電源波紋系數(shù)，減少雜音的目的。

適當排列光纜順序也是解決PSM變壓器分頻雜音問題的有效方法，具體操作如下：在載波狀態(tài)下，通過交替排序電壓輸出的高功率模塊與低功率模塊，使得疊加后的功率模塊所輸出的主整電壓在單位時間內(nèi)的平均值相同。在這種情況下，需要對兩臺移相變壓器中的邊緣繞組和中間繞組進行交替排序。當交替排序完成后，可有效改善乙級PSM發(fā)射機的信噪比，使其降低3-4dB左右，保證PSM發(fā)射機的雜音電平達到甲級水平。對于乙級以下的PSM發(fā)射機而言，其信噪比的改善幅度更加明顯。

篩選脈沖階梯調(diào)制開關(guān)的元器件，對各元器件進行濾波電容測試，盡量選擇容量大的元器件，降低元器件電參數(shù)的離散性。

在保證PSM機鎮(zhèn)噪板“靜態(tài)使用、動態(tài)停用”的前提下，將原本依靠包絡(luò)負反饋引入反饋雜音信號并經(jīng)倒相后抵消低頻雜音的方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^控制三角波發(fā)生器工作與否的方式，以達到從根本上抑制分頻雜音產(chǎn)生的目的。由于分頻雜音是由48級脈沖階梯調(diào)制開關(guān)按照三角波頻率循環(huán)通斷而產(chǎn)生的，所以在載波狀態(tài)下可通過停止運行三角波發(fā)生器的方法，使三角波頻率為0，讓48個模塊只能導(dǎo)通21級脈沖階梯調(diào)制開關(guān)，而不能處于循環(huán)通斷狀態(tài)，這樣就能夠避免48次分頻雜音的產(chǎn)生。在有調(diào)制狀態(tài)下，分頻雜音可被調(diào)制信號消除，這時可恢復(fù)三角波發(fā)生器的正常運行，按照PDM補償脈沖頻率循環(huán)通斷48個模塊。

4結(jié)語

綜上所述，在廣播傳輸中，100KWPSM短波發(fā)射機是較為重要的系統(tǒng)之一，其運行的過程中，常常會出現(xiàn)雜音問題，為了確保信號質(zhì)量，必須針對雜音產(chǎn)生的原因，采取有效的解決方法，這樣能夠有效避免雜音對發(fā)射機系統(tǒng)的影響，使整個系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定、可靠。