大功率短波發(fā)射機VSWR保護及原理分析

文/于賓

1 發(fā)射機中的VSWR簡介

在發(fā)射機射頻電路中存在帶有能量的信號，這部分信號主要是從信號源產(chǎn)生，并接入到具有特性阻抗的傳輸線ZO當(dāng)中，該信號的負載輸入阻抗為ZL。如果想要實現(xiàn)從信號源至負載傳輸功率最大化的目標，那么有特性阻抗的ZO就需要與輸入阻抗ZL相等，否則射頻電路中僅會有部分能量被負載吸收，剩余的部分則會被反射回信號源?？蓪O進行如下定義：傳輸線上任意一點的電壓與電流的比值，由該定義可知，傳輸線上的信號由兩個部分疊加而成，一部分是入射信號，另一部分是反射信號，通常情況下，這兩部分信號的幅值并不相等，疊加后的波形為行駐波，它的特點體現(xiàn)在如下兩個方面：一方面是位于波腹處的振幅為入射與反射信號峰值電壓的和，另一方面是位于波節(jié)處的振幅為入射與反射信號峰值電壓的差，具體如圖1所示。

而VSWR為電壓駐波比，可將其定義為：行駐波中，波腹處與波節(jié)處峰值電壓的比，可用下式表示：

2 大功率短波發(fā)射機VSWR保護電路原理

2.1 保護電路分析

在大功率短波發(fā)射機當(dāng)中，帶有濾波器的VSWR保護電路的工作原理與天線VSWR保護電路的工作原理基本相同，唯一的區(qū)別是前者取樣元件的位置與帶通濾波器的距離比較近，而后者則與阻抗微調(diào)電路的距離比較近。借助帶有濾波器的VSWR電路能夠?qū)Πl(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)與合成器內(nèi)任意一點的駐波進行檢測，當(dāng)發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)中某個元器件發(fā)生故障問題后，VSWR保護電路會對發(fā)射機起到有效的保護作用。同時，帶有濾波器的VSWR電路還能對發(fā)射機天線的負載變化情況進行檢測，但由于帶有濾波器的VSWR電路的靈敏度相對比較低，所以需要先由天線VSWR進行監(jiān)測，然后再由帶濾波器的VSWR電路完成后續(xù)的檢測工作。

2.2 兩級VSWR保護

通過對VSWR保護電路的分析可知，在大功率短波發(fā)射機當(dāng)中，VSWR保護分為兩級。對于發(fā)射機而言，VSWR保護電路的主要任務(wù)是消除故障，實現(xiàn)方法是在某一段時間內(nèi)，利用調(diào)制編碼器關(guān)閉PA模塊，從而將發(fā)射機的輸出功率降至零。如果發(fā)射機出現(xiàn)故障，在20ms內(nèi)機器會發(fā)出異常的響聲，如喀噠、砰等，這個聲音通常很難被操作人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VSWR故障幾次都無法通過關(guān)閉PA模塊消除時，發(fā)射機便會自行降低輸出功率。

2.2.1 第一級VSWR

具體的故障現(xiàn)象如下：VSWR保護的LCD呈現(xiàn)出故障閃現(xiàn)的情況，此時載波的幅度會瞬間降至半功率的狀態(tài)，隨后會快速恢復(fù)至正常功率，在這一過程中，能夠從電波中聽到比較輕微的響聲。當(dāng)以上故障現(xiàn)象出現(xiàn)時，便會觸發(fā)VSWR保護動作，即VSWR保護電路檢測器會在1ms以內(nèi)快速檢測到故障問題，并對射頻輸出進行關(guān)閉，時間持續(xù)20ms左右，有時甚至更短。VSWR狀態(tài)指示故障的閃現(xiàn)時間大約會持續(xù)30s左右，隨即恢復(fù)至正常狀態(tài)。由于這個故障并不嚴重，所以VSWR的LCD并不會始終停留在故障處，只要故障周期不超過1s，駐波比動作便會不定期的發(fā)生。

2.2.2 第二級VSWR

具體的故障現(xiàn)象如下：VSWR保護的LCD呈現(xiàn)為故障狀態(tài)，此時降功率的指示燈會隨之閃爍，PA電流及功率表的讀數(shù)均會隨之下降，隨后的10s-30s內(nèi)，降功率指示燈會熄滅，此時發(fā)射機的輸出功率與PA電流均會維持在低于正常功率的值上。當(dāng)以上故障出現(xiàn)時，VSWR保護電路會自行動作，過程如下：VSWR傳感器會檢測到嚴重程度較高的故障問題，并試圖通過第一級VSWR保護來消除故障，但是由于該故障比較嚴重，所以持續(xù)時間會超過1s，這樣一來，降功率指令便會自動發(fā)送給發(fā)射機，使其維持在可以正常運行的功率電平上。以人為的方式發(fā)出升功率指令之前，功率電平會始終停留在這個位置，若是故障沒有消除，則發(fā)射機會再次降功率，并對人為發(fā)送的升功率指令完全無視。對于此類問題，必須及時修復(fù)，這樣才能確保發(fā)射機在滿功率的狀態(tài)下運行。

圖1：行駐波的特點示意圖

2.3 VSWR測試自檢

當(dāng)大功率短波發(fā)射機出現(xiàn)VSWR TEST信號時，VSWR保護電路便會開始進行測試自檢，具體的邏輯方法如下：按住VSWR抑制開關(guān)，將VSWR輸入端進行分流接地，由此便可快速檢測出VSWR故障。隨后按下LED面板上的VSWR測試鍵，大約在4s左右，VSWR測試指示燈應(yīng)當(dāng)為紅色，當(dāng)指示燈恢復(fù)到綠色后，測試自檢過程結(jié)束。3 結(jié)論

綜上所述，VSWR是大功率短波發(fā)射機較為有效的一種保護措施。在發(fā)射機正常使用的過程中，很多原因都可能引起VSWR保護，如網(wǎng)絡(luò)失諧、饋線失配等等，當(dāng)故障問題發(fā)生后，VSWR保護電路均會自行啟動，確保發(fā)射機的正常運行。