吳曉

摘要：TBH522型150kW發(fā)射機和DF100A型100kW發(fā)射機是當(dāng)今播出的主力機型，這兩種機型主要是控制系統(tǒng)存有較大的差異，而差異尤以自動調(diào)諧系統(tǒng)為最。文章主要分析了TBH522型和DF100A型發(fā)射機的自動調(diào)諧系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上提出了TBH522對DF100A自動調(diào)諧系統(tǒng)進一步進行升級改造的建議和方法。

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

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）01-0159-03

1 概述

以TBH522為典型代表的150kW PSM短波發(fā)射機和以DF100A為典型代表的100kW PSM短波發(fā)射機是當(dāng)今短波廣播發(fā)送系統(tǒng)里的主力機型。這兩種機型主要是控制系統(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)射機自身具備自動調(diào)諧功能，其自動化改造主要集中在電控、保護邏輯和調(diào)諧邏輯等方面，對自動調(diào)諧部分改動的不多。從實際運行的角度來看，發(fā)射機工作穩(wěn)定，自動化可靠性高，改造十分成功。

DF100A型發(fā)射機脫胎于418E/F系列發(fā)射機，自身不具備任何自動化功能（部分發(fā)射機僅安裝了末前自動調(diào)諧裝置，但并未投入使用），改造時又要兼顧“手動”時保留原機的所有功能，故增加或改動的部件較多。從實際運行的角度來看，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)射機基本上都安裝了該自動化系統(tǒng)。

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

2 TBH522和DF100A型發(fā)射機的自動調(diào)諧系統(tǒng)

2.1 TBH522型發(fā)射機的自動調(diào)諧系統(tǒng)

TBH522型發(fā)射機總計有8路調(diào)諧機構(gòu)，在整個調(diào)諧周期內(nèi)有“粗調(diào)”和“細調(diào)”的區(qū)別，其中第2、4、6、7、8路進行完“粗調(diào)”后調(diào)諧即告結(jié)束，而第1、3、5路需要轉(zhuǎn)入“細調(diào)”過程。這8路調(diào)諧結(jié)構(gòu)分別是：第1路-前級調(diào)諧、第2路-末級腔體、第3路-末級調(diào)諧、第4路-末級電容、第5路-末級負載、第6路-T網(wǎng)絡(luò)線圈、第7路-平轉(zhuǎn)電容和第8路-前級線圈。為了更直觀的說明問題，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)諧機構(gòu)的預(yù)置電壓信號由自動調(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“細調(diào)”后，第1路和第3路的“細調(diào)”信號電壓由鑒相器提供，而第5路的“細調(diào)”電壓由所謂“鑒阻器”提供。

2.1.1 TBH522的調(diào)諧電機驅(qū)動原理

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

粗調(diào)完成后，發(fā)射機接通高頻，調(diào)諧邏輯將差分放大器的一個輸入端接地，鑒相器（或鑒阻器）的輸出電壓則加在另一個輸入端，開始細調(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，其高頻陽極電壓和柵極電壓之間的相位差為180°，失諧時則大于或小于180°。鑒相器電路對這種相位差進行鑒別，180°相位差時鑒相器輸出零信號，否則就輸出正電壓或負電壓信號。

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

前級（1路）和末級（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)所鑒別的二個矢量電壓的相位差為90°時，鑒相器的直流輸出電壓為零。設(shè)大于90°時輸出為正電壓，則在小于90°時輸出為負電壓，并且在相位差不十分大時，輸出電壓的絕對值與相位差的絕對值成比例，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改變轉(zhuǎn)動方向；輸出大小的改變控制點解轉(zhuǎn)動速度，鑒相器輸出為零時電機停止轉(zhuǎn)動，對應(yīng)電子管調(diào)諧狀態(tài)。TBH522發(fā)射機的鑒相器電路如圖3所示。

若以柵極電壓為基準(zhǔn)，調(diào)諧放大器的陽極調(diào)諧回路諧振時，其柵極與陽極之間的電壓相位差180°，回路失諧時大于或小于180°，而上述鑒相器電路只能鑒別相位差為90°的信號，要使用這種鑒相器電路，必須將其中的一個矢量預(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的一路輸入信號均取自一個與高前調(diào)諧線圈聯(lián)動的小容量真空可調(diào)電容器（3C3） ，3C3接在高前級的陽極和地之間，入地出串入電流互感器，則電流互感器初級電流（即3C33支路電流）與其兩端電壓（即電子管陽極電壓）之間有90°相位差。圖3告訴我們，電流互感器的兩個次級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，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π網(wǎng)絡(luò)。為補償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。

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

TBH522的5路細調(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，一路輸入負極性的高末陽極檢波電壓，另一路輸入正極性的來自定向耦合器的、與輸出功率平方根成比例的功率電平取樣電壓。由圖可知，兩種電壓通過簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)相加，從一個5kΩ的可調(diào)電阻器的滑動臂輸出。顯然，調(diào)整該電阻能改變5路電容的調(diào)諧點，從而改變高末級電子管的輸出阻抗，故該電路稱為“鑒阻器”電路。

2.2 DF100A型發(fā)射機的調(diào)諧系統(tǒng)

DF100A型發(fā)射機總計也有8路調(diào)諧機構(gòu)，這8路調(diào)諧機構(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)射機在“手動”倒頻時，先切換頻道開關(guān)，到位后再按“允許調(diào)諧”繼續(xù)進行調(diào)諧。這時除了3個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，在實際操作中，一般進行的是“高前調(diào)諧”、“高末調(diào)諧”和“高末負載”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?！白詣印闭{(diào)諧遵從“手動”調(diào)諧過程。

由圖6可知，與TBH522一樣，DF100A調(diào)諧時也采用閉環(huán)控制的調(diào)整方式。當(dāng)開始調(diào)諧時，隨動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組成的電機驅(qū)動電路，OPA512輸出的一個正的或者負的直流電壓就加到了伺服電機上，使電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而帶動被調(diào)元件轉(zhuǎn)動。

當(dāng)電機開始轉(zhuǎn)動時，它所對應(yīng)的隨動電位器也同時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。電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到隨動電位器的電壓與調(diào)諧電位器的電壓大小相等時，OPA512就停止輸出，也即電機停止轉(zhuǎn)動。

自動調(diào)諧時，差分放大器的一個輸入端被接地，工業(yè)控制計算機的輸出調(diào)諧電壓加在差分放大器的另一個輸入端，同時，自動化系統(tǒng)將分析判斷發(fā)射機的各個與調(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，最終完成自動調(diào)諧過程。

3 對DF100A自動調(diào)諧系統(tǒng)的改造建議

上述分析表明，TBH522和DF100A的自動調(diào)諧系統(tǒng)最主要的差別就在于精確調(diào)諧時的調(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）來實現(xiàn)的，DF100A的自動調(diào)諧則完全由計算機控制來完成。為此，可以在DF100A的自動調(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，力求以最小的代價獲得最好的效果。

我們知道，DF100A型發(fā)射機脫胎于418E/F系列發(fā)射機，部分發(fā)射機已經(jīng)安裝了高前鑒相器，具備高前自動調(diào)諧功能。對于沒有安裝高前鑒相器的發(fā)射機而言，其高前鑒相器電路及其信號取樣方式當(dāng)然均可完全借鑒采用。所以，從現(xiàn)實的角度看來，在改造時，只需增加高末鑒相器和一個信號取樣點。這個增加的取樣點則完全可以參考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高前鑒相器電路設(shè)計，也可參考TBH522的鑒相器電路。

3.2 在DF100A中加入鑒阻器

TBH522的5路電容對應(yīng)DF100A的就是3路電容，即高末負載電容。這路電容在精確調(diào)諧時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，只需增加一個高末陽極信號檢波器。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輸入信號，這是很容易做到的。

由于自動調(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，所以，DF100A自動化系統(tǒng)中的馬達緩沖板也需要重新設(shè)計。

值得一提的是，高末陽極信號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)射機專門為此設(shè)計了所謂的“補償電路”。我們認為，補償電路在DF100A發(fā)射機中是不需要的。這是因為TBH522的細調(diào)是靠純硬件來實現(xiàn)的，難以做到智能化，所以在調(diào)諧時才需要補償電路。另外，補償多少也是通過試驗的方法來確定，預(yù)先存儲在E2PROM中的，而DF100A在自動調(diào)諧時完全可以通過計算機來控制，故TBH522中的自動調(diào)諧補償電路在DF100A中可以忽略。

4 結(jié)束語

DF100A自動化系統(tǒng)的升級改造方案借鑒了TBH522的自動化調(diào)諧系統(tǒng)。但是像TBH522發(fā)射機那樣將鑒相器（或鑒阻器）的輸出直接控制伺服電機，還是按現(xiàn)有的模式用計算機的輸出控制伺服電機，但計算機不再實時檢測發(fā)射機的狀態(tài)表值，而改為檢測鑒相器（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)試的實踐中確定。分析表明，DF100A自動化升級改造方案相對簡單、可行。

參考文獻：

[1] 北廣集團.TBH522型150kW短波發(fā)射機技術(shù)說明書[M].北京：北廣集團.

[2] 埃比瑞斯公司.TBH522型150kW短波發(fā)射機自動控制系統(tǒng)用戶手冊[M].北京：北京埃比瑞斯科技有限責(zé)任公司.

[3] 北廣集團.DF100A型100kW短波發(fā)射機技術(shù)說明書[M].北京：北廣集團.

[4] 埃比瑞斯公司.DF100A型100kW短波發(fā)射機自動控制系統(tǒng)用戶手冊[M].北京：北京埃比瑞斯科技有限責(zé)任公司.