中波發(fā)射機(jī)輸出監(jiān)測板工作原理淺析

周嘉鎮(zhèn)

（廣東省汕尾中波轉(zhuǎn)播臺，廣東 汕尾 516400）

1 基本電路原理分析

輸出監(jiān)測板是發(fā)射機(jī)的重要部件，包括電壓駐波比保護(hù)電路、功率測量電路、調(diào)制度監(jiān)測電路等。輸出監(jiān)測板位于中門內(nèi)左側(cè)頂部。該板屬于發(fā)射機(jī)的高周部分，負(fù)責(zé)監(jiān)測功率的異常情況并采取一定的保護(hù)措施以確保發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1.1 輸出取樣電路

輸出取樣板有兩種取樣輸出：一種是RF電壓取樣輸出，另一種是RF電流取樣輸出。

相位檢測器的電流信號取自電流互感器，承載射頻電流的銅棒為初級極，鐵氧體磁環(huán)上的線圈為次級極。一個電阻跨接在次級，并將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，送到相位檢測器進(jìn)行處理。

1.2 相位檢測器工作原理

1.2.1 駐波比（VSWR）和電壓電流的相位關(guān)系

當(dāng)傳輸線終端接一個電阻時，電阻上的電壓，電流的相位相同，幅度也符合歐姆定律，如果電阻變化，電壓、電流的幅度也隨著變化。如果阻抗變化，則不但幅度變化，相位也隨著變化。

1.2.2 相位檢測器的工作原理

相位檢測器的基本原理是將兩個信號進(jìn)行比較，并輸出一個表示它們之間相位差的信號。這個輸出信號可以是數(shù)字信號或模擬信號，具體取決于相位檢測器的設(shè)計。變壓器的初級和一些元件并聯(lián)諧振在工作頻率上，以提供一個高阻抗，減小取樣電壓和取樣電流間的相互影響。用開關(guān)選擇接入的電感和電容進(jìn)行粗調(diào)諧，可變電容用作細(xì)調(diào)諧[2]。

發(fā)射機(jī)調(diào)諧好后檢測器應(yīng)是平衡的，即檢測變壓器兩端的電壓、電流取樣的幅度相同，相位也相同，雙通道示波器在外同步狀態(tài)看到平衡時，相位檢測器直流輸出為零。

2 發(fā)射機(jī)的VSWR保護(hù)

DX10型發(fā)射機(jī)的VSW R在發(fā)射機(jī)帶通濾波器、輸出網(wǎng)絡(luò)、天線系統(tǒng)或發(fā)射機(jī)的輸出到負(fù)載的聯(lián)接處等部位發(fā)生打火故障及阻抗變化時動作。當(dāng)發(fā)現(xiàn)VSW R故障時，功率模塊將在立即關(guān)斷的同時激活振蕩器同步電路，振蕩器同步電路在發(fā)生VSWR故障時對功率模塊中的MOSFET施加一個激勵電壓。

對偶發(fā)性VSWR故障的情況，LED板（A32）上的VSWR邏輯電路將使發(fā)射機(jī)恢復(fù)正常工作，除非VSWR連續(xù)動作數(shù)次。

2.1 天線VSWR保護(hù)

天線VSWR檢測電路由一個定向耦合器、一個雙通道對數(shù)檢波器和一個箝位電路組成。VSWR保護(hù)放大器可以通過多種方法來實現(xiàn)。在輸出功率較高的情況下，過高的VSWR造成的影響會相應(yīng)放大，因此設(shè)計保護(hù)電路的思路是從輸出功率著手，通過降低輸出功率，使放大器在相應(yīng)的的安全范圍內(nèi)工作。

2.1.1 天線VSWR相位檢測器

當(dāng)天線調(diào)節(jié)良好時（駐波比較小）相位檢測器的檢波二極管VD6、VD8無輸出信號，當(dāng)調(diào)配不夠好時，VD6、VD8輸出一個直流信號，天線的駐波比決定了這兩個檢波二極管的輸出電壓，駐波比越差，VD6、VD8的輸出電壓越大。

2.1.2 相位檢測比較器

相位檢測比較器由超高速差分比較器和電阻組成分壓器（稱為天線VSWR觸發(fā)調(diào)節(jié)），電壓調(diào)節(jié)范圍從0至+3.5 V，典型值為3.2 V，作為設(shè)定閾值的電壓送至電壓比較器N1A的同相端，將鑒相器輸出的信號送至電壓比較器的反相端。當(dāng)調(diào)節(jié)到合適的位置時，相位檢測器輸出電壓為零或接近零，比較器輸出高電平。當(dāng)調(diào)節(jié)不當(dāng)且檢測器的輸出電壓超過設(shè)定的閾值電壓時，比較器N1A輸出低電平[3]。

N1A的反相端（P8）也有兩根信號線，其中一根接VSWR故障模擬，可通過S1切換到5 V供電，即在進(jìn)行VSWR故障仿真實驗時，P8通過S1接+5 V電源，比較器N1A輸出低電平。

2.1.3 駐波比保護(hù)環(huán)路自檢

駐波比自檢邏輯 駐波比自檢邏輯電路在指示單元電路板（A32）上，遇以下三種情況自檢邏輯發(fā)出一個低脈沖開始自檢并顯示出自檢結(jié)果。

①發(fā)射機(jī)初次上電（包括關(guān)機(jī)以后或電源故障以后）。

② 狀態(tài)板上駐波比自檢“按鈕”按下以后。

③外部接口板收到駐波比“自檢”信號。

2.1.4 “相位零”電表指示

相位檢測器輸出為DC電壓。面板上的“天線零”和“濾波器零”指示信號同時也被送到遙測口。

相位檢測器“檢測零”輸出一個相對信號，當(dāng)諧振時輸出為零時，任何調(diào)諧的變化，可使“濾波器零”輸出不為零。負(fù)載或T網(wǎng)絡(luò)失諧可使“天線零”輸出不為零。

“檢測零”指示電路每個相位檢測器經(jīng)過電阻（天線駐波比檢測器的R60和網(wǎng)絡(luò)駐波比檢測器的R61）到X2的23和25腳。這些信號經(jīng)過LED板A32到控制板A38。在控制板經(jīng)過緩沖后，提供給開關(guān)顯示板A31和外部接口板A28。

2.1.5 零度相位校準(zhǔn)按鈕

在進(jìn)行零度相位校準(zhǔn)時，將駐波比保護(hù)輸出從比較器斷開，接+5V電源，這時可不用駐波比保護(hù)電路而調(diào)節(jié)鑒相器的零點。

2.2 帶通濾波器駐波比保護(hù)電路

2.2.1 相位檢測器

帶通濾波器的VSWR電路的電壓、電流取樣電路包括R F推動合成母板上的變壓器A14T8，電阻A14R17-R20，電壓取樣電路的分壓電容A26C1、C2。輸出監(jiān)控板A27上相位檢測器包括相位、幅度調(diào)整元件，電流取樣電路中S6、L12～L15，電壓取樣電路中S7、C29～C31，相位檢測變壓器T3，并聯(lián)諧振元件S9、C27～C52、L7、L11和檢波二極管V12～V13。

2.2.2 相位檢測比較器

相位檢測器由N4A及相關(guān)電路構(gòu)成。R8、R9構(gòu)成分壓器，給帶通濾波器駐波比提供一個合適的門限電平。

2.2.3 半脈沖發(fā)生器

半脈沖發(fā)生器由D3B及相關(guān)元件構(gòu)成。R21、C36的時間常數(shù)是決定輸出脈沖寬度的參數(shù)，本電路的脈沖寬度為19 ms。

當(dāng)檢測器輸出信號大于駐波比保護(hù)設(shè)置的門限電平時，駐波比保護(hù)比較器輸出“低”電平（小于0.4 V），送到一個單穩(wěn)態(tài)電路并送到與門芯片D2。如果有一個或兩個為低，D2-8輸出低電平，送到調(diào)制編碼器（A36），立即關(guān)斷所有的功放模塊。

每次駐波比保護(hù)電路檢測動作時，單穩(wěn)態(tài)電路輸出一個低電平，該電路是個可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，駐波比保護(hù)比較器輸出的下降沿使之觸發(fā)，單穩(wěn)態(tài)的輸出脈沖送到A32（指示單元）的駐波比保護(hù)和過荷邏輯電路。

芯片D3A為天線保護(hù)，芯片D3B為帶通濾波器保護(hù)，二者組成半脈沖發(fā)生器。D3A單穩(wěn)態(tài)的輸出脈沖寬度由R-C網(wǎng)絡(luò)R13、C22決定，脈沖寬度14 ms；D3B單穩(wěn)態(tài)的輸出脈沖寬度由R-C網(wǎng)絡(luò)R21、C36決定，脈沖寬度19 ms。

3 入射/反射功率取樣

3.1 定向耦合器電路

輸出取樣板上電流取樣定向耦合器的電流取自輸出取樣板（A26）上的電流互感器T2。其初級為輸出網(wǎng)絡(luò)中的一段銅管，次級的R3～R6在耦合電流作用下產(chǎn)生相位差為180°的高頻電壓，同時防止由于次級開路產(chǎn)生的高壓。

電壓取樣信號取自輸出取樣板上的電容分壓器，C5、C6提供入射耦合器的電壓，C7、C8提供反射耦合器的電壓。

輸出監(jiān)測板上電流取樣跳線器X13位置由工作頻率決定，在一些頻率下需要并聯(lián)電容才能調(diào)到零。

C3與輸出取樣板上的A26C6構(gòu)成電容分壓器，C4與輸出取樣板上的A26C8構(gòu)成電容分壓器。

3.2 反射功率

對反射功率表而言，當(dāng)匹配時，加在二極管VD2上的電壓和電流是同相的，我們通過調(diào)節(jié)C4使電壓取樣和電流取樣的幅度相同，二極管VD2兩端電壓為0，二極管上沒有電流通過，所以耦合器輸出電壓為零。當(dāng)不匹配時，二極管兩端的電壓差與反射電壓成正比，其檢波電流經(jīng)L2、C5構(gòu)成的低通濾波器濾去高頻分量，R3為檢波電路的負(fù)載和直流通道，直流電壓送到X2-3指示單元去指示反射功率，VD30用作保護(hù)，R4、C6構(gòu)成低通濾波器濾除音頻分量，R4同時也是輸出檢測電路的隔離電阻。

3.3 入射功率

對入射功率表而言，當(dāng)匹配時，在二極管VD1上的電壓和電流是反相的，我們通過調(diào)節(jié)C3使電壓取樣和電流取樣的幅度相同。二極管VD1兩端電壓為取樣電壓的兩倍。當(dāng)不匹配時，二極管兩端的電壓差與入射電壓成正比，其檢波電流經(jīng)L1、C2濾波后送到X2-1指示單元去指示入射功率，同樣R2是檢波電路的負(fù)載電阻，VD31起保護(hù)作用。R1和C1構(gòu)成低通濾波器，濾除調(diào)制時的音頻分量，R1也起隔離作用。

當(dāng)駐波比不好時，入射耦合取樣會發(fā)生幅度或相位的變化，產(chǎn)生入射功率指示誤差，相對于理想的耦合器，入射和反射功率都會有偏差，但在適當(dāng)校準(zhǔn)后反射功率會比較精確。

當(dāng)入射功率調(diào)整時，通常先按反射調(diào)節(jié)，調(diào)好后再將極性反相，具體的做法是用X11、X12改變電流采樣的極性。同樣，對反射耦合器可以用X11、X12反相連接后讀出入射功率，用以校準(zhǔn)反射電路的讀數(shù)。當(dāng)進(jìn)行駐波比保護(hù)時，二極管兩端電壓相位或幅度發(fā)生變化，二極管中便有電流通過，耦合器的反射功率端便有直流電壓輸出，隨著失配或駐波比信號的增加，耦合器的輸出也會按反射功率的均方根值增加。通常X11、X12都放在1-2位置，反相時X11、X12都放在1-3位置。

入射/反射功率定向耦合器的輸出經(jīng)過A32顯示單元送到A38控制單元，經(jīng)緩沖放大后送到A31開關(guān)顯示板，經(jīng)開關(guān)選擇后送到功率表，在開關(guān)顯示板上可以校準(zhǔn)入射、反射功率。

4 檢波音頻輸出

該電路由T1、VD3等元件組成包絡(luò)檢波器。本電路的作用是檢出發(fā)射的高頻已調(diào)波的包絡(luò)。

將A26T2電流互感器輸出電壓送給A27T1的初級，經(jīng)VD3半波整流式檢波電路進(jìn)行檢波。R5接-5 V，為二極管提供偏置電流，用以改善檢波線性，C7、R6和C8構(gòu)成低通濾波器濾除高頻分量。T4用來減小發(fā)射機(jī)中強(qiáng)高頻環(huán)境下的地回路電流。

將包絡(luò)檢波器的輸出信號送到顯示板去作受檢信號，用以檢查包絡(luò)畸變故障，作為比對的參考信號是來自A/D轉(zhuǎn)換板經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的音頻+直流信號，因此，本輸出也是音頻+直流信號。

5 結(jié)束語

輸出監(jiān)測電路通過對故障進(jìn)行監(jiān)測，能夠觸發(fā)一系列保護(hù)動作，從而為整個發(fā)射機(jī)系統(tǒng)提供報警和實時保護(hù)，使發(fā)射機(jī)能持續(xù)發(fā)射達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定的射頻電壓到輸出網(wǎng)絡(luò)，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此輸出監(jiān)測電路的調(diào)試非常重要，輸出監(jiān)測電路相關(guān)知識是中波機(jī)務(wù)員應(yīng)知應(yīng)會的基本知識。