吳曉

摘要：TBH522型150kW發(fā)射機(jī)和DF100A型100kW發(fā)射機(jī)是當(dāng)今播出的主力機(jī)型，這兩種機(jī)型主要是控制系統(tǒng)存有較大的差異，而差異尤以自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)為最。文章主要分析了TBH522型和DF100A型發(fā)射機(jī)的自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上提出了TBH522對(duì)DF100A自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行升級(jí)改造的建議和方法。

關(guān)鍵詞：TBH522；DF100A；自動(dòng)調(diào)諧；技術(shù)改造

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）01-0159-03

1 概述

以TBH522為典型代表的150kW PSM短波發(fā)射機(jī)和以DF100A為典型代表的100kW PSM短波發(fā)射機(jī)是當(dāng)今短波廣播發(fā)送系統(tǒng)里的主力機(jī)型。這兩種機(jī)型主要是控制系統(tǒng)存在很大的差異，特別是調(diào)諧系統(tǒng)存在顯著的差別。而PSM部分和射放部分的差別不大，有些甚至是完全一樣的。

TBH522型發(fā)射機(jī)自身具備自動(dòng)調(diào)諧功能，其自動(dòng)化改造主要集中在電控、保護(hù)邏輯和調(diào)諧邏輯等方面，對(duì)自動(dòng)調(diào)諧部分改動(dòng)的不多。從實(shí)際運(yùn)行的角度來(lái)看，發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定，自動(dòng)化可靠性高，改造十分成功。

DF100A型發(fā)射機(jī)脫胎于418E/F系列發(fā)射機(jī)，自身不具備任何自動(dòng)化功能（部分發(fā)射機(jī)僅安裝了末前自動(dòng)調(diào)諧裝置，但并未投入使用），改造時(shí)又要兼顧“手動(dòng)”時(shí)保留原機(jī)的所有功能，故增加或改動(dòng)的部件較多。從實(shí)際運(yùn)行的角度來(lái)看，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，有效的提高了安全播出的質(zhì)量和效果。DF100A和418E/F系列發(fā)射機(jī)基本上都安裝了該自動(dòng)化系統(tǒng)。

但是，對(duì)于短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心即自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)，DF100A的自動(dòng)調(diào)諧的核心思想是“模擬人調(diào)”，調(diào)諧時(shí)根據(jù)發(fā)射機(jī)的表值來(lái)進(jìn)行；而TBH522發(fā)射機(jī)在進(jìn)行精確調(diào)諧時(shí)是根據(jù)鑒相器的輸出來(lái)控制的。這樣，DF100A的自動(dòng)調(diào)諧功能就落下了“調(diào)諧可能不甚精確”的口實(shí)。有鑒于此，在DF100A自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)中加入鑒相器就很有必要。

2 TBH522和DF100A型發(fā)射機(jī)的自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)

2.1 TBH522型發(fā)射機(jī)的自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)

TBH522型發(fā)射機(jī)總計(jì)有8路調(diào)諧機(jī)構(gòu)，在整個(gè)調(diào)諧周期內(nèi)有“粗調(diào)”和“細(xì)調(diào)”的區(qū)別，其中第2、4、6、7、8路進(jìn)行完“粗調(diào)”后調(diào)諧即告結(jié)束，而第1、3、5路需要轉(zhuǎn)入“細(xì)調(diào)”過(guò)程。這8路調(diào)諧結(jié)構(gòu)分別是：第1路-前級(jí)調(diào)諧、第2路-末級(jí)腔體、第3路-末級(jí)調(diào)諧、第4路-末級(jí)電容、第5路-末級(jí)負(fù)載、第6路-T網(wǎng)絡(luò)線圈、第7路-平轉(zhuǎn)電容和第8路-前級(jí)線圈。為了更直觀的說(shuō)明問(wèn)題，我們結(jié)合部分射放電路，可以將調(diào)諧系統(tǒng)方框圖繪制如圖1所示。

在“粗調(diào)”期間，8路調(diào)諧機(jī)構(gòu)的預(yù)置電壓信號(hào)由自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)里的E2PROM輸出，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、分配放大后加到伺服放大器上；轉(zhuǎn)入“細(xì)調(diào)”后，第1路和第3路的“細(xì)調(diào)”信號(hào)電壓由鑒相器提供，而第5路的“細(xì)調(diào)”電壓由所謂“鑒阻器”提供。

2.1.1 TBH522的調(diào)諧電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

伺服放大器的功能是放大誤差信號(hào)后去控制直流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)被調(diào)元件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。從圖2可以看出，在“粗調(diào)”期間，差分放大器把來(lái)自自動(dòng)化系統(tǒng)的E2PROM輸出的電壓和隨動(dòng)電位器的電壓相減并放大，經(jīng)門(mén)限比較電路后產(chǎn)生“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)觸發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于隨動(dòng)電位器是跟著伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以只有隨動(dòng)電位器的輸出電壓和E2PROM輸出的電壓相等后，電機(jī)才會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)諧的精度可以通過(guò)門(mén)限比較電路來(lái)設(shè)定。

粗調(diào)完成后，發(fā)射機(jī)接通高頻，調(diào)諧邏輯將差分放大器的一個(gè)輸入端接地，鑒相器（或鑒阻器）的輸出電壓則加在另一個(gè)輸入端，開(kāi)始細(xì)調(diào)。

2.1.2 TBH522的鑒相器和鑒阻器電路

電子管高頻調(diào)諧放大器工作于調(diào)諧狀態(tài)時(shí)，其高頻陽(yáng)極電壓和柵極電壓之間的相位差為180°，失諧時(shí)則大于或小于180°。鑒相器電路對(duì)這種相位差進(jìn)行鑒別，180°相位差時(shí)鑒相器輸出零信號(hào)，否則就輸出正電壓或負(fù)電壓信號(hào)。

TBH522的1路和3路的細(xì)調(diào)輸出控制信號(hào)由鑒相器產(chǎn)生，而5路的由鑒阻器產(chǎn)生。

前級(jí)（1路）和末級(jí)（3路）的鑒相電路形式雖有所不同，但基本原理都是一樣的。當(dāng)所鑒別的二個(gè)矢量電壓的相位差為90°時(shí)，鑒相器的直流輸出電壓為零。設(shè)大于90°時(shí)輸出為正電壓，則在小于90°時(shí)輸出為負(fù)電壓，并且在相位差不十分大時(shí)，輸出電壓的絕對(duì)值與相位差的絕對(duì)值成比例，恰好與伺服放大器相適應(yīng)。輸出電壓極性的改變控制電機(jī)改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向；輸出大小的改變控制點(diǎn)解轉(zhuǎn)動(dòng)速度，鑒相器輸出為零時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)電子管調(diào)諧狀態(tài)。TBH522發(fā)射機(jī)的鑒相器電路如圖3所示。

若以柵極電壓為基準(zhǔn)，調(diào)諧放大器的陽(yáng)極調(diào)諧回路諧振時(shí)，其柵極與陽(yáng)極之間的電壓相位差180°，回路失諧時(shí)大于或小于180°，而上述鑒相器電路只能鑒別相位差為90°的信號(hào)，要使用這種鑒相器電路，必須將其中的一個(gè)矢量預(yù)先相移90°。

THB522采用電容相移法。根據(jù)圖1，鑒相器1和鑒相器2的一路輸入信號(hào)均取自一個(gè)與高前調(diào)諧線圈聯(lián)動(dòng)的小容量真空可調(diào)電容器（3C3） ，3C3接在高前級(jí)的陽(yáng)極和地之間，入地出串入電流互感器，則電流互感器初級(jí)電流（即3C33支路電流）與其兩端電壓（即電子管陽(yáng)極電壓）之間有90°相位差。圖3告訴我們，電流互感器的兩個(gè)次級(jí)繞組分別接到取樣電阻R1和R2上。由于鑒相器的輸出不僅與相位有關(guān)，也與矢量的幅值有關(guān)，為了減小因幅值變化引起的鑒相誤差，3C3必須與高前線圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使之在工作頻率范圍內(nèi)取樣電流比較均勻。

另外，由于高末鑒相器的柵壓不是直接取自高末柵極，而是隔了一個(gè)π網(wǎng)絡(luò)。為補(bǔ)償π網(wǎng)絡(luò)相移隨頻率而異，高末鑒相器的電流互感器繞組匝數(shù)較高前鑒相器的要少。

鑒相器另外一個(gè)電壓矢量用電容分壓獲得，高前級(jí)的鑒相器取自高前柵壓，高末級(jí)的取自高末屏壓。

TBH522的5路細(xì)調(diào)電壓由鑒阻器電路提供，其原理如圖4所示。

該電路有兩路輸入信號(hào)，一路輸入負(fù)極性的高末陽(yáng)極檢波電壓，另一路輸入正極性的來(lái)自定向耦合器的、與輸出功率平方根成比例的功率電平取樣電壓。由圖可知，兩種電壓通過(guò)簡(jiǎn)單的電阻網(wǎng)絡(luò)相加，從一個(gè)5kΩ的可調(diào)電阻器的滑動(dòng)臂輸出。顯然，調(diào)整該電阻能改變5路電容的調(diào)諧點(diǎn)，從而改變高末級(jí)電子管的輸出阻抗，故該電路稱為“鑒阻器”電路。

2.2 DF100A型發(fā)射機(jī)的調(diào)諧系統(tǒng)

DF100A型發(fā)射機(jī)總計(jì)也有8路調(diào)諧機(jī)構(gòu)，這8路調(diào)諧機(jī)構(gòu)分別是：第1路-高前調(diào)諧、第2路-高末調(diào)諧、第3路-高末負(fù)載、第4路-波段電感前棒、第5路-波段電感后棒、第6路-波段電感頂棒、第7路-平轉(zhuǎn)電容和第8路-諧波濾波器。結(jié)合部分射放電路，可將其調(diào)諧系統(tǒng)繪制如圖5所示。

DF100A型發(fā)射機(jī)在“手動(dòng)”倒頻時(shí)，先切換頻道開(kāi)關(guān)，到位后再按“允許調(diào)諧”繼續(xù)進(jìn)行調(diào)諧。這時(shí)除了3個(gè)波段電感短路棒不可調(diào)，其它5路都是可調(diào)的。盡管如此，在實(shí)際操作中，一般進(jìn)行的是“高前調(diào)諧”、“高末調(diào)諧”和“高末負(fù)載”這3種調(diào)諧，“諧波濾波器”是預(yù)置的故不需調(diào)諧，“平衡轉(zhuǎn)換器”亦較少調(diào)動(dòng)?！白詣?dòng)”調(diào)諧遵從“手動(dòng)”調(diào)諧過(guò)程。

由圖6可知，與TBH522一樣，DF100A調(diào)諧時(shí)也采用閉環(huán)控制的調(diào)整方式。當(dāng)開(kāi)始調(diào)諧時(shí)，隨動(dòng)電位器的直流電壓與調(diào)諧電位器的直流電壓就加在伺服放大器的輸入端上，經(jīng)過(guò)差分放大器的比較，兩者存在電壓差，就觸發(fā)了放大器OPA512組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，OPA512輸出的一個(gè)正的或者負(fù)的直流電壓就加到了伺服電機(jī)上，使電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)被調(diào)元件轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的隨動(dòng)電位器也同時(shí)改變了它輸出的電壓，差分放大器也不斷在比較它與調(diào)諧電位器的電壓差。電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到隨動(dòng)電位器的電壓與調(diào)諧電位器的電壓大小相等時(shí)，OPA512就停止輸出，也即電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

自動(dòng)調(diào)諧時(shí)，差分放大器的一個(gè)輸入端被接地，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的輸出調(diào)諧電壓加在差分放大器的另一個(gè)輸入端，同時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)將分析判斷發(fā)射機(jī)的各個(gè)與調(diào)諧狀態(tài)密切相關(guān)的表值，從而決定輸出調(diào)諧電壓的極性、大小，最終完成自動(dòng)調(diào)諧過(guò)程。

3 對(duì)DF100A自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)的改造建議

上述分析表明，TBH522和DF100A的自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)最主要的差別就在于精確調(diào)諧時(shí)的調(diào)諧控制電壓產(chǎn)生的方法不同。TBH522的精確調(diào)諧是全靠硬件（鑒相器或鑒阻器）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，DF100A的自動(dòng)調(diào)諧則完全由計(jì)算機(jī)控制來(lái)完成。為此，可以在DF100A的自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)中加入鑒相器和鑒阻器，使調(diào)諧更精準(zhǔn)，系統(tǒng)更穩(wěn)定。

3.1 在DF100A中加入鑒相器

既然是升級(jí)改造，就要充分根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備狀況，力求以最小的代價(jià)獲得最好的效果。

我們知道，DF100A型發(fā)射機(jī)脫胎于418E/F系列發(fā)射機(jī)，部分發(fā)射機(jī)已經(jīng)安裝了高前鑒相器，具備高前自動(dòng)調(diào)諧功能。對(duì)于沒(méi)有安裝高前鑒相器的發(fā)射機(jī)而言，其高前鑒相器電路及其信號(hào)取樣方式當(dāng)然均可完全借鑒采用。所以，從現(xiàn)實(shí)的角度看來(lái)，在改造時(shí)，只需增加高末鑒相器和一個(gè)信號(hào)取樣點(diǎn)。這個(gè)增加的取樣點(diǎn)則完全可以參考TBH522的取樣方法，即直接在高末屏極隔直電容上采用電容分壓的方式獲得；高末鑒相器電路既可參照原機(jī)高前鑒相器電路設(shè)計(jì)，也可參考TBH522的鑒相器電路。

3.2 在DF100A中加入鑒阻器

TBH522的5路電容對(duì)應(yīng)DF100A的就是3路電容，即高末負(fù)載電容。這路電容在精確調(diào)諧時(shí)TBH522采用鑒阻器，DF100A同樣可以借鑒。除了采用完全相同的鑒阻器電路外，只需增加一個(gè)高末陽(yáng)極信號(hào)檢波器。DF100A的定向耦合器原只送給入射功率表，用于指示發(fā)射機(jī)的輸出功率，出于改造的需要，我們可以讓其也作為鑒阻器的一個(gè)輸入信號(hào)，這是很容易做到的。

由于自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)需要增加引入2路鑒相器和1路鑒阻器的輸出信號(hào)，所以，DF100A自動(dòng)化系統(tǒng)中的馬達(dá)緩沖板也需要重新設(shè)計(jì)。

值得一提的是，高末陽(yáng)極信號(hào)檢波器和定向耦合器都存在高頻段輸出電壓下降的現(xiàn)象，所以，TBH522發(fā)射機(jī)專(zhuān)門(mén)為此設(shè)計(jì)了所謂的“補(bǔ)償電路”。我們認(rèn)為，補(bǔ)償電路在DF100A發(fā)射機(jī)中是不需要的。這是因?yàn)門(mén)BH522的細(xì)調(diào)是靠純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，難以做到智能化，所以在調(diào)諧時(shí)才需要補(bǔ)償電路。另外，補(bǔ)償多少也是通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)確定，預(yù)先存儲(chǔ)在E2PROM中的，而DF100A在自動(dòng)調(diào)諧時(shí)完全可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制，故TBH522中的自動(dòng)調(diào)諧補(bǔ)償電路在DF100A中可以忽略。

4 結(jié)束語(yǔ)

DF100A自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)改造方案借鑒了TBH522的自動(dòng)化調(diào)諧系統(tǒng)。但是像TBH522發(fā)射機(jī)那樣將鑒相器（或鑒阻器）的輸出直接控制伺服電機(jī)，還是按現(xiàn)有的模式用計(jì)算機(jī)的輸出控制伺服電機(jī)，但計(jì)算機(jī)不再實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)射機(jī)的狀態(tài)表值，而改為檢測(cè)鑒相器（或鑒阻器）的輸出情況，從理論上講，兩種方式都可行，這需要在系統(tǒng)調(diào)試的實(shí)踐中確定。分析表明，DF100A自動(dòng)化升級(jí)改造方案相對(duì)簡(jiǎn)單、可行。

參考文獻(xiàn)：

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