劉學(xué)偉 勾建國(guó)

【摘要】本文通過對(duì)DF100A型短波發(fā)射機(jī)出現(xiàn)的雜音問題進(jìn)行分析，提出了有效可行的解決辦法，達(dá)到改善發(fā)射機(jī)指標(biāo)的目的。

【關(guān)鍵詞】短波發(fā)射機(jī);雜音;處理

1.前言

DF100A型短波發(fā)射機(jī)的調(diào)制器與美國(guó)大陸公司生產(chǎn)的428E型短波廣播發(fā)射機(jī)相同，它采用了新型的脈沖階梯調(diào)制器。該機(jī)的高頻系統(tǒng)與傳統(tǒng)的乙類屏調(diào)機(jī)基本類似，但只在推動(dòng)級(jí)和功放末級(jí)采用了兩只電子管，分別是4CX3000A和4CV100000C金屬陶瓷四級(jí)管。該機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)在于PSM調(diào)制，與傳統(tǒng)的乙類屏調(diào)機(jī)相比，它采用主整和調(diào)幅器合二為一的方式，將主整電壓化整為零，即主整由48組，每組由700V輸出電壓的低壓整流器串聯(lián)組成。每組整流器的輸出電壓分別受電子開關(guān)所控制。48個(gè)電子開關(guān)受控于數(shù)字化直流控制信號(hào)和音頻調(diào)制信號(hào)，用調(diào)制音頻信號(hào)幅度來控制48套整流器的通斷實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，其輸出電壓通過低通濾波器使脈沖階梯式音頻調(diào)制信號(hào)平滑后，加到高末級(jí)電子管的屏極，使得高末級(jí)輸出是隨音頻信號(hào)變壓的高頻包絡(luò)信號(hào)。該型發(fā)射機(jī)雜音的產(chǎn)生以及處理有一些規(guī)律性可供遵循。

2.固有的分頻雜音

PSM調(diào)制中不可避免地會(huì)產(chǎn)生分頻雜音。機(jī)器在設(shè)計(jì)時(shí)，為了降低開關(guān)的工作頻率，減少損耗，并使48級(jí)開關(guān)的平均負(fù)載功率平衡，不管是在載波狀態(tài)還是有調(diào)制時(shí)，開關(guān)管都按照PDM補(bǔ)償脈沖頻率循環(huán)通斷工作。在48級(jí)PSM開關(guān)的輸出電壓完全不平衡的情況下，載波輸出電壓中所含有的殘波只有開關(guān)頻率及其諧波頻率信號(hào)，這些信號(hào)比較容易由調(diào)制級(jí)輸出端的低通濾波器濾除掉。但是，在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)48級(jí)PSM開關(guān)的輸出電壓不可能做到完全相等，直接帶來了一個(gè)新的問題就是產(chǎn)生分頻雜音。

48級(jí)PSM開關(guān)的輸出電壓不完全相等的原因是該機(jī)型使用了兩臺(tái)PSM主整變壓器，每臺(tái)變壓器有24組次級(jí)繞組，共計(jì)48組分別接到48個(gè)功率模塊板上。對(duì)每一個(gè)功率模塊板來說，都是一個(gè)獨(dú)立的三相全波整流器。由于次級(jí)繞組在變壓器中所處的位置差異，因而漏感也存在差異。同時(shí)，由于制造工藝等原因，兩臺(tái)移相變壓器相同位置繞組的輸出電壓也有不同，因此，開關(guān)頻率周期內(nèi)24級(jí)PSM開關(guān)（載波狀態(tài)）的合成電壓也互不相等。把這種含有脈動(dòng)的直流電壓輸出加到射頻被調(diào)級(jí)，就出現(xiàn)了相應(yīng)寄生調(diào)制而導(dǎo)致分頻雜音。其頻率為：fc/48=70/48=1.46KHz，fc為PDM補(bǔ)償脈沖頻率，一般取70KHz。1.46KHz分頻雜音將落入音頻范圍，調(diào)節(jié)器無法濾除，形成了本機(jī)雜音的主要部分。另外，PSM開關(guān)所用元器件電氣參數(shù)的離散性，導(dǎo)致一些PSM開關(guān)電源輸出電壓出現(xiàn)差異。值得重視的元器件有硅膠、IGBT管、電解電容和空轉(zhuǎn)二極管等。對(duì)分頻雜音解決的主要方法是：

（1）生產(chǎn)PSM主整變壓器時(shí)，采用更為合理的次級(jí)繞組繞制方法，力求使各繞組的漏感盡量相同，這樣可以改善其動(dòng)態(tài)電壓的一致性。我們安裝調(diào)試過兩部PSM發(fā)射機(jī)，使用了4臺(tái)主整變壓器，由于生產(chǎn)廠家采取了一些措施，使得動(dòng)態(tài)電壓的一致性較好，為整機(jī)雜音的改善創(chuàng)造了良好條件。

（2）兩臺(tái)主整變壓器初級(jí)采取差相輸入接線。廠家在機(jī)器出廠前，對(duì)變壓器多種差相接線法的數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的測(cè)試記錄和比較，并提出供給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員參考。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為讓其中一臺(tái)輸入電壓超前15°，另一臺(tái)輸入滯后15°，這樣可使兩套24組三相全波整流器合成為等數(shù)的24組12相整流器，減少了輸出電壓的紋波系數(shù)。但在我們機(jī)器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，這種接法結(jié)果仍不是很理想。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)主整變壓器共用-15°的初級(jí)電源效果最好，雜音指標(biāo)好。

（3）兩臺(tái)PSM變壓器初級(jí)接觸接線已經(jīng)確定的情況下，可通過適當(dāng)?shù)嘏帕泄饫|順序，減少分頻雜音。在調(diào)試中應(yīng)注意把握在載波狀態(tài)下，使得功率模塊疊加后輸出的主整電壓在單位時(shí)間內(nèi)的平均值盡量保持一致，就是使輸出高的模塊與輸出電壓低的模塊交替排序。實(shí)踐中，在兩臺(tái)變壓器交替工作的情況下，其中一臺(tái)變壓器的邊緣繞組，中間繞組要分別與另一臺(tái)變壓器的邊緣繞組、中間繞組交替排序。我們安裝的兩臺(tái)發(fā)射機(jī)，廠家雖也給出了排序參考資料，但是由于現(xiàn)場(chǎng)安裝的主整變壓器不是廠家跳調(diào)機(jī)時(shí)變壓器，這些排序的準(zhǔn)確性誤差較大。技術(shù)人員按照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試、排序并作適當(dāng)調(diào)整后，雜音改善幅度甲機(jī)達(dá)到3.5dB，乙機(jī)達(dá)到4dB。

（4）元器件精挑細(xì)選和反復(fù)調(diào)試，減少離散性。在發(fā)現(xiàn)個(gè)別元器件可能有問題時(shí)，要進(jìn)行代換試驗(yàn)予以確定，不合格的進(jìn)行更換。特別是濾波電容器，容量宜大勿小;機(jī)器在工作一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)雜音變化，應(yīng)該仔細(xì)對(duì)電容器進(jìn)行檢查和容量測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換有問題的電容器。

（5）利用鎮(zhèn)噪電路來改善分頻雜音。在不改變鎮(zhèn)噪板“靜態(tài)使用，動(dòng)態(tài)停用”功能的同時(shí)，使其由原來的包絡(luò)負(fù)反饋引入抵消雜音，改為用控制三角波發(fā)生器工作與否，從而抑制分頻雜音產(chǎn)生，這里需要闡明的是，因?yàn)榉诸l雜音是由48級(jí)PSM開關(guān)按照PDM補(bǔ)償脈沖頻率循環(huán)通斷而產(chǎn)生的。在載波狀態(tài)時(shí)，讓三角波發(fā)生器停止工作，其輸出為0，48個(gè)模塊不能循環(huán)通斷，這就從根本上避免了開關(guān)頻率的48次分頻雜音。在調(diào)制時(shí)，由于調(diào)制信號(hào)足以“壓倒”雜音，三角波發(fā)生器恢復(fù)工作，也就不受影響了，從而48個(gè)模塊可以按照PDM0補(bǔ)償脈沖頻率循環(huán)通斷工作。

3.調(diào)制小盒帶來的雜音

這種雜音形式較為復(fù)雜，產(chǎn)生的原因較多。但無論哪種原因，最終的作用還是使得控制PSM功率模塊的信號(hào)異常，從而產(chǎn)生雜音。

（1）元器件質(zhì)量不佳，光纜檢測(cè)信號(hào)傳輸不穩(wěn)，控制與信號(hào)傳輸電路板等均是產(chǎn)生雜音的可能原因。在機(jī)器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，就遇到過時(shí)鐘頻率不穩(wěn)、功率模塊控制板時(shí)好時(shí)壞、光纜與對(duì)應(yīng)發(fā)射器接受器件工作不靈敏等。這類問題的發(fā)現(xiàn)還是比較容易的，因?yàn)樗鼈兌急憩F(xiàn)有明顯的故障現(xiàn)象。技術(shù)人員在調(diào)試和維護(hù)中，只要注意觀察，細(xì)心測(cè)試，多方比較試驗(yàn)，就可以查找到故障原因。

（2）快速變換器引起的雜音?？焖僮儞Q器是通過音頻復(fù)合信號(hào)與狀態(tài)總線電壓來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。如果兩個(gè)相比較的信號(hào)任意一個(gè)出現(xiàn)不穩(wěn)或被干擾，均會(huì)引起之后的控制信號(hào)被寄生調(diào)制而出現(xiàn)雜音。解決這個(gè)問題并不難，可用示波器觀察狀態(tài)總線電壓是否被干擾;也可以用10V直流電壓替代總線電壓，看雜音指標(biāo)是否好轉(zhuǎn)，若判斷狀態(tài)總線電壓被干擾，可通過檢查其濾波器件來查找問題。另外快速變換可能引起的雜音抖動(dòng)也是值得重視的。發(fā)射機(jī)發(fā)生雜音抖動(dòng)可引起整機(jī)雜音電平劣化3～4dB?？焖僮儞Q器的核心器件是48個(gè)比較器，而比較器又是靠運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的。由于任何運(yùn)放開環(huán)差模電壓增益不是無限大，所以比較器實(shí)際傳輸特性的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換并不是跳變的，存在渡越電壓。渡越電壓越小，比較器的靈敏度愈高。假如載波情況下被調(diào)級(jí)的直流屏壓由n級(jí)PDM補(bǔ)償脈沖合成，而且控制補(bǔ)償脈沖的三角波峰值恰好比（n+1）級(jí)開關(guān)的觸發(fā)電屏高出近似于一個(gè)度越電壓，則相應(yīng)的PDM補(bǔ)償脈沖能否出現(xiàn)將是不穩(wěn)定的。這種不穩(wěn)定，在時(shí)鐘信號(hào)與三角波信號(hào)已經(jīng)鎖相且沒有寄生振蕩的情況下，是導(dǎo)致PDM發(fā)射機(jī)雜音抖動(dòng)的唯一原因。對(duì)于這個(gè)問題的處理，只要把功率控制信號(hào)略加調(diào)整，雜音抖動(dòng)立刻消失。

（3）整個(gè)PSM小盒的接地不良或電源濾波不良同樣會(huì)引起雜音，嚴(yán)重時(shí)，使功率模塊出現(xiàn)大面積IGBT管擊穿。

4.高末簾柵壓引起的雜音

我們?cè)谡{(diào)試新安裝的兩部機(jī)器雜音電平時(shí)，甲機(jī)只能達(dá)到-55dB左右，乙機(jī)只能達(dá)到-53dB左右，與預(yù)定的指標(biāo)還有相當(dāng)差距;兩部機(jī)器雜音會(huì)根據(jù)使用工作頻率的改變隨之變化?？偟内厔?shì)是，低頻時(shí)的雜音好于高頻時(shí)的雜音。經(jīng)認(rèn)真分析和觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)兩部機(jī)器的高末級(jí)簾柵壓存有不同程度的寄生調(diào)制且波形比較規(guī)則。在進(jìn)一步檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，寄生調(diào)制的主要頻率成分約為28KHz。很明顯，這是高末簾柵壓PDM脈沖開關(guān)信號(hào)引起的。

高末簾柵極采用的是PDM方式供電，PDM控制信號(hào)的對(duì)象時(shí)PDM開關(guān)。PDM信號(hào)是由頻率大約為28KHz三角波產(chǎn)生的，也就是說，PDM控制信號(hào)的頻率也為28KHz。簾柵極電壓需要經(jīng)過低通濾波器解調(diào)，濾除開關(guān)頻率及其諧波頻率信號(hào)，最后獲得純正簾柵直流電壓和音頻調(diào)制電壓。需要指出的是，此類型發(fā)射機(jī)采用了專門的PDM簾柵壓解調(diào)器，但仍然存在較大分量的28KHz寄生調(diào)制信號(hào)，說明該解調(diào)器性能不佳，存在著一定的不足。對(duì)于上述問題的處理，經(jīng)過認(rèn)真研究，確定將兩部機(jī)器的10H音頻阻流圈兌換后進(jìn)行比較。兌換音頻阻流圈后。兩部機(jī)器28KHz寄生調(diào)制雜音指標(biāo)跨進(jìn)了一大步。這也說明，雖然是專用解調(diào)器，但音頻阻流圈參數(shù)、工作頻率、安裝工藝等對(duì)濾波效果影響很大，因此對(duì)低通濾波器進(jìn)行檢查調(diào)試甚至改進(jìn)是十分必要的。

5.末級(jí)狀態(tài)調(diào)整不當(dāng)產(chǎn)生雜音

機(jī)器在出廠前廠家一般會(huì)對(duì)發(fā)射機(jī)高末級(jí)工作狀態(tài)進(jìn)行很細(xì)致的調(diào)試。但是隨著設(shè)備的運(yùn)輸，重新安裝，負(fù)載的改變，工作條件的變化等往往會(huì)造成發(fā)射機(jī)調(diào)制狀態(tài)的改變。

（1）高末級(jí)燈絲電壓供電產(chǎn)生雜音。高末級(jí)燈絲電壓是經(jīng)外電變壓后直接供給燈絲，沒有經(jīng)過穩(wěn)壓和雜音消除。如果遇到有外電偏高或偏低的情況，或者外電有寄生雜音，那將直接影響到整機(jī)的噪聲。對(duì)于這個(gè)問題的處理，主要是要確保外電的供電質(zhì)量。在供電質(zhì)量不能完全保證時(shí)，可以采用穩(wěn)壓電源和相應(yīng)的濾波設(shè)施給燈絲供電，在發(fā)現(xiàn)雜音不符合要求時(shí)，可以嘗試調(diào)整燈絲供電電壓來改善雜音。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，有些電子管新的時(shí)候和用舊以后，燈絲電壓會(huì)對(duì)雜音產(chǎn)生一定的影響。

（2）高末級(jí)直流工作狀態(tài)調(diào)整不到位會(huì)造成雜音指標(biāo)變差。前面講過，廠家在機(jī)器出廠時(shí)，對(duì)直流狀態(tài)做過仔細(xì)調(diào)試，并有詳細(xì)記錄，但這并不意味著機(jī)器在新的安裝地點(diǎn)狀態(tài)不會(huì)改變。通常發(fā)射機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，直流狀態(tài)也會(huì)有大的變化，原來調(diào)試好的最佳狀態(tài)跑掉了，從而導(dǎo)致機(jī)器雜音及其他的指標(biāo)變化。在調(diào)試兩部機(jī)器的雜音過程中，就有通過改變偏壓、簾柵壓等使發(fā)射機(jī)達(dá)到最佳雜音的實(shí)例。在調(diào)試該型機(jī)器時(shí)，還發(fā)現(xiàn)高末級(jí)的屏極到四單元調(diào)制器的高壓導(dǎo)線的長(zhǎng)短對(duì)發(fā)射機(jī)雜音和其它指標(biāo)有明顯影響，特別是在高頻時(shí)，長(zhǎng)導(dǎo)線會(huì)使指標(biāo)變差。正確的做法是，引線“寧短勿長(zhǎng)，避免盤圈”。

（3）高末級(jí)交流狀態(tài)調(diào)整不佳造成雜音指標(biāo)差。高末柵極回路、屏極回路、諧波濾除器、平衡轉(zhuǎn)換器以及饋線等調(diào)試正常與否，自己接影響高末級(jí)交流工作狀態(tài)，如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)整不當(dāng)或達(dá)不到規(guī)定要求，將直接使雜音與其他指標(biāo)變差。在我們發(fā)射機(jī)的調(diào)試中，首先對(duì)天饋線系統(tǒng)、平衡轉(zhuǎn)換器調(diào)試正常，使之達(dá)到預(yù)定指標(biāo)后，再進(jìn)行機(jī)器本身的調(diào)整。對(duì)高末屏極回路的調(diào)整，按使用說明書的要求，參考廠家提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一步一步操作，使發(fā)射機(jī)的交流狀態(tài)達(dá)到最佳，因而確保了雜音得到充分地改善。

6.結(jié)束語

PSM發(fā)射機(jī)雖然存在各種雜音分量，只要我們認(rèn)真分析，抓住主要問題，有刻苦鉆研的精神和科學(xué)的態(tài)度，就能解決設(shè)備調(diào)試中存在的問題，使PSM發(fā)射機(jī)信噪指標(biāo)始終達(dá)到甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]《廣播電視發(fā)射與傳輸維護(hù)手冊(cè)》國(guó)家廣播電視總局無線電臺(tái)管理局.

[2]魏瑞發(fā)，陳錫安著.脈沖階梯調(diào)制設(shè)備.