中波發射機輸出監測板工作原理淺析

周嘉鎮

（廣東省汕尾中波轉播臺，廣東 汕尾 516400）

1 基本電路原理分析

輸出監測板是發射機的重要部件，包括電壓駐波比保護電路、功率測量電路、調制度監測電路等。輸出監測板位于中門內左側頂部。該板屬于發射機的高周部分，負責監測功率的異常情況并采取一定的保護措施以確保發射機穩定運行[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，鐵氧體磁環上的線圈為次級極。一個電阻跨接在次級，并將電流信號轉換成電壓信號，送到相位檢測器進行處理。

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系

當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字信號或模擬信號，具體取決于相位檢測器的設計。變壓器的初級和一些元件并聯諧振在工作頻率上，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。用開關選擇接入的電感和電容進行粗調諧，可變電容用作細調諧[2]。

發射機調諧好后檢測器應是平衡的，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看到平衡時，相位檢測器直流輸出為零。

2 發射機的VSWR保護

DX10型發射機的VSW R在發射機帶通濾波器、輸出網絡、天線系統或發射機的輸出到負載的聯接處等部位發生打火故障及阻抗變化時動作。當發現VSW R故障時，功率模塊將在立即關斷的同時激活振蕩器同步電路，振蕩器同步電路在發生VSWR故障時對功率模塊中的MOSFET施加一個激勵電壓。

對偶發性VSWR故障的情況，LED板（A32）上的VSWR邏輯電路將使發射機恢復正常工作，除非VSWR連續動作數次。

2.1 天線VSWR保護

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

2.1.1 天線VSWR相位檢測器

當天線調節良好時（駐波比較小）相位檢測器的檢波二極管VD6、VD8無輸出信號，當調配不夠好時，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觸發調節），電壓調節范圍從0至+3.5 V，典型值為3.2 V，作為設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。當調節到合適的位置時，相位檢測器輸出電壓為零或接近零，比較器輸出高電平。當調節不當且檢測器的輸出電壓超過設定的閾值電壓時，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 駐波比保護環路自檢

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出一個低脈沖開始自檢并顯示出自檢結果。

①發射機初次上電（包括關機以后或電源故障以后）。

② 狀態板上駐波比自檢“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，當諧振時輸出為零時，任何調諧的變化，可使“濾波器零”輸出不為零。負載或T網絡失諧可使“天線零”輸出不為零。

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

2.1.5 零度相位校準按鈕

在進行零度相位校準時，將駐波比保護輸出從比較器斷開，接+5V電源，這時可不用駐波比保護電路而調節鑒相器的零點。

2.2 帶通濾波器駐波比保護電路

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。輸出監控板A27上相位檢測器包括相位、幅度調整元件，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及相關電路構成。R8、R9構成分壓器，給帶通濾波器駐波比提供一個合適的門限電平。

2.2.3 半脈沖發生器

半脈沖發生器由D3B及相關元件構成。R21、C36的時間常數是決定輸出脈沖寬度的參數，本電路的脈沖寬度為19 ms。

當檢測器輸出信號大于駐波比保護設置的門限電平時，駐波比保護比較器輸出“低”電平（小于0.4 V），送到一個單穩態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，送到調制編碼器（A36），立即關斷所有的功放模塊。

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

芯片D3A為天線保護，芯片D3B為帶通濾波器保護，二者組成半脈沖發生器。D3A單穩態的輸出脈沖寬度由R-C網絡R13、C22決定，脈沖寬度14 ms；D3B單穩態的輸出脈沖寬度由R-C網絡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。其初級為輸出網絡中的一段銅管，次級的R3～R6在耦合電流作用下產生相位差為180°的高頻電壓，同時防止由于次級開路產生的高壓。

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電容才能調到零。

C3與輸出取樣板上的A26C6構成電容分壓器，C4與輸出取樣板上的A26C8構成電容分壓器。

3.2 反射功率

對反射功率表而言，當匹配時，加在二極管VD2上的電壓和電流是同相的，我們通過調節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L2、C5構成的低通濾波器濾去高頻分量，R3為檢波電路的負載和直流通道，直流電壓送到X2-3指示單元去指示反射功率，VD30用作保護，R4、C6構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，當匹配時，在二極管VD1上的電壓和電流是反相的，我們通過調節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是檢波電路的負載電阻，VD31起保護作用。R1和C1構成低通濾波器，濾除調制時的音頻分量，R1也起隔離作用。

當駐波比不好時，入射耦合取樣會發生幅度或相位的變化，產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，但在適當校準后反射功率會比較精確。

當入射功率調整時，通常先按反射調節，調好后再將極性反相，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，用以校準反射電路的讀數。當進行駐波比保護時，二極管兩端電壓相位或幅度發生變化，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過A32顯示單元送到A38控制單元，經緩沖放大后送到A31開關顯示板，經開關選擇后送到功率表，在開關顯示板上可以校準入射、反射功率。

4 檢波音頻輸出

該電路由T1、VD3等元件組成包絡檢波器。本電路的作用是檢出發射的高頻已調波的包絡。

將A26T2電流互感器輸出電壓送給A27T1的初級，經VD3半波整流式檢波電路進行檢波。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構成低通濾波器濾除高頻分量。T4用來減小發射機中強高頻環境下的地回路電流。

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

5 結束語

輸出監測電路通過對故障進行監測，能夠觸發一系列保護動作，從而為整個發射機系統提供報警和實時保護，使發射機能持續發射達標、穩定的射頻電壓到輸出網絡，提高了整個系統的穩定性和可靠性。因此輸出監測電路的調試非常重要，輸出監測電路相關知識是中波機務員應知應會的基本知識。