短波發射機的輸出功率及其控制實現

李宏哲，霍青松，李政

（南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 2 1 0 0 1 4）

短波發射機的輸出功率及其控制實現

李宏哲，霍青松，李政

（南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 2 1 0 0 1 4）

針對短波發射機采用的調制方式，對調制信號的功率進行了理論分析。在此基礎上，詳細介紹了一種功率取樣電路，討論了功率控制實現方法，并對其進行了測量驗證，最后闡述了該取樣電路實際應用中需要注意的問題。

短波發射機；峰包功率；平均功率；功率控制

1 概述

在無線電通信中，短波通信具有使用方便、組網靈活、抗毀性強的特點，從而在軍事通信中占有重要地位。短波發射機一般采用調幅（A M）方式，根據國際協議，短波通信必須使用單邊帶調幅方式（S S B）。目前國內外使用的都是單邊帶短波發射機，這是由于單邊帶通信具有節省功率和頻帶、保密性好的優點。

輸出功率是衡量短波發射機性能的重要技術指標，對其進行詳細的分析是設計、制造發射機的重要依據。目前常用的功率檢測方法是通過定向耦合器對射頻通路上的功率信號進行取樣，然后根據前向取樣電壓值和反向取樣電壓值計算出反射系數、駐波比等參數來實現發射機功率控制的。

2 模擬調制信號的功率

2.1 調幅信號功率

圖1 單音調制調幅信號波形和頻譜

2.2 單邊帶信號功率

下面我們討論單邊帶（S S B）信號的輸出功率。在一般情況下，單邊帶信號的峰包功率用雙音調制下的峰包功率來表征，而平均功率用單音調制下的平均功率來表征。

假定用等幅雙音信號v?1(t)和v?2(t)對載波信號vc(t)進行調制，如圖2所示。則已調上邊帶信號

圖2 雙音調制單邊帶信號波形和頻譜

而單邊帶信號的平均功率為

3 發射機功率控制實現

3.1 功率控制原理

短波發射機主要由主控制器、信道、功率放大器等模塊組成。發射時主控制器對來自功放的前向功率和反向功率進行檢測，根據前向功率取樣數據獲悉當前發射的前向功率大小。當功放輸出功率為額定功率時，前向取樣信號應為某一固定值。主控制器根據此標定值改變激勵信號的幅度，調整發射通道的增益，從而保證輸出功率在額定值附近，這一過程稱為自動電平控制（A L C）。同時主控制器根據反向取樣數據獲悉當前的反向功率大小。負載開路或短路時，駐波比較大，此時發射機不宜滿功率發射，主控制器將減小激勵信號幅度，輸出功率下降，從而保護發射機不損壞。

3.2 功率取樣電路

發射機功放中的方向性取樣電路對輸出功率進行取樣用于功率控制，如圖3所示。

圖3 取樣電路原理圖

當射頻功率信號通過電流取樣變壓器T 1時，前反向電流在T 1的次級產生取樣電流。當射頻功率信號通過電壓取樣變壓器T 2時，前反向電壓在T 2的次級產生取樣電壓。這里取R1=R2=R。T 1的負載為R1、R2并聯，故取樣電流在R1、R2上的取樣電壓值為前向電流減反向電流乘以R/2。T 2的負載為R1、R2串聯，故R1、R2上的前反向電壓均為取樣電壓的一半。T 1和T 2的初次級匝數比為1/n，故取樣電流和取樣電壓在R1上合并后，反向功率相抵消僅剩下前向功率；取樣電流和取樣電壓在R2上合并后，前向功率相抵消僅剩下反向功率。

因此，前向取樣電壓：

反向取樣電壓 ：

3.3 功率控制實現

某型4 0 0 W短波發射機其平均功率和峰包功率指標均為4 0 0 W，調幅峰包功率也為4 0 0 W。在單音調制時，主控制器輸出一固定幅度的射頻激勵信號，經功率放大后，發射機輸出4 0 0 W的平均功率，這時前向取樣電壓為一標定值。而雙音調制時，發射機輸出4 0 0 W的峰包功率，即平均功率為2 0 0 W，這時前向電壓低于標定值，主控制器將激勵信號降低兩倍（即3 d B）。同樣，發射機工作在調幅方式（調制指數為0.8）時，由于平均功率與峰包功率比值為0.4 0 7 4（相差3.9 d B），因此激勵信號減小3.9 d B，輸出峰包功率達到4 0 0 W。實際測得的激勵信號頻譜如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 單音調制激勵信號頻譜（H z）

圖5 雙音調制激勵信號頻譜（H zH z）

圖6 調幅激勵信號頻譜(H z）

4 實際應用中需注意的問題

發射機要輸出穩定的額定功率，必須有準確的前向取樣信號，這要求電路的頻響要好。如果頻響差，就會出現某一頻點已經輸出滿功率，但前向取樣信號在該頻點的頻響低，主控制器就會增大激勵信號從而功率繼續增大。如果前向取樣信號在該頻點的頻響高，主控制器就會減小激勵信號從而功率不足。取樣電路中對頻響影響較大的是變壓器，而決定變壓器性能的是磁芯和線圈匝數比。若磁芯上繞線的匝數較多，電感量較大，磁環將會發熱而損壞。因此，選擇變壓器時一定要確定合適的匝數比，并挑選合適的磁芯，取樣電路的準確性才能得到解決。

發射機根據前反向電壓值計算出駐波比，當檢測駐波比大于一定值時，觸發功放保護機制，這就要求反向電壓的準確性。實際應用中反向電壓一般較小，甚至有時得不到。這是由于檢波二極管V 1、V 2管壓降的影響，當反向電壓小于0.7 V時就無法準確獲得。因此需要在T 1次級施加調整偏置電路，在小信號時補償檢波二極管的極間電壓，這樣就可以確保發射機在開短路時得到有效保護。

5 結語

對短波發射機來說，如何實現其功率穩定輸出是研究的重點，這要求發射機的功率放大器具有較高的可靠性。提高功放可靠性的前提是對其輸出功率進行實時控制，在駐波過大或故障時進行保護，這取決于是否有準確的功率取樣信號。本文提出的功率取樣電路及功率控制方法，在功率檢測和控制上是有效的，為發射機保護提供了重要的依據，對于設計、制造發射機具有指導意義。

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