李宏哲，霍青松，李政

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇 南京 2 1 0 0 1 4）

短波發(fā)射機(jī)的輸出功率及其控制實(shí)現(xiàn)

李宏哲，霍青松，李政

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇 南京 2 1 0 0 1 4）

針對(duì)短波發(fā)射機(jī)采用的調(diào)制方式，對(duì)調(diào)制信號(hào)的功率進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了一種功率取樣電路，討論了功率控制實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)量驗(yàn)證，最后闡述了該取樣電路實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題。

短波發(fā)射機(jī)；峰包功率；平均功率；功率控制

1 概述

在無(wú)線電通信中，短波通信具有使用方便、組網(wǎng)靈活、抗毀性強(qiáng)的特點(diǎn)，從而在軍事通信中占有重要地位。短波發(fā)射機(jī)一般采用調(diào)幅（A M）方式，根據(jù)國(guó)際協(xié)議，短波通信必須使用單邊帶調(diào)幅方式（S S B）。目前國(guó)內(nèi)外使用的都是單邊帶短波發(fā)射機(jī)，這是由于單邊帶通信具有節(jié)省功率和頻帶、保密性好的優(yōu)點(diǎn)。

輸出功率是衡量短波發(fā)射機(jī)性能的重要技術(shù)指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析是設(shè)計(jì)、制造發(fā)射機(jī)的重要依據(jù)。目前常用的功率檢測(cè)方法是通過(guò)定向耦合器對(duì)射頻通路上的功率信號(hào)進(jìn)行取樣，然后根據(jù)前向取樣電壓值和反向取樣電壓值計(jì)算出反射系數(shù)、駐波比等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)功率控制的。

2 模擬調(diào)制信號(hào)的功率

2.1 調(diào)幅信號(hào)功率

圖1 單音調(diào)制調(diào)幅信號(hào)波形和頻譜

2.2 單邊帶信號(hào)功率

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

假定用等幅雙音信號(hào)v?1(t)和v?2(t)對(duì)載波信號(hào)vc(t)進(jìn)行調(diào)制，如圖2所示。則已調(diào)上邊帶信號(hào)

圖2 雙音調(diào)制單邊帶信號(hào)波形和頻譜

而單邊帶信號(hào)的平均功率為

3 發(fā)射機(jī)功率控制實(shí)現(xiàn)

3.1 功率控制原理

短波發(fā)射機(jī)主要由主控制器、信道、功率放大器等模塊組成。發(fā)射時(shí)主控制器對(duì)來(lái)自功放的前向功率和反向功率進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)前向功率取樣數(shù)據(jù)獲悉當(dāng)前發(fā)射的前向功率大小。當(dāng)功放輸出功率為額定功率時(shí)，前向取樣信號(hào)應(yīng)為某一固定值。主控制器根據(jù)此標(biāo)定值改變激勵(lì)信號(hào)的幅度，調(diào)整發(fā)射通道的增益，從而保證輸出功率在額定值附近，這一過(guò)程稱(chēng)為自動(dòng)電平控制（A L C）。同時(shí)主控制器根據(jù)反向取樣數(shù)據(jù)獲悉當(dāng)前的反向功率大小。負(fù)載開(kāi)路或短路時(shí)，駐波比較大，此時(shí)發(fā)射機(jī)不宜滿(mǎn)功率發(fā)射，主控制器將減小激勵(lì)信號(hào)幅度，輸出功率下降，從而保護(hù)發(fā)射機(jī)不損壞。

3.2 功率取樣電路

發(fā)射機(jī)功放中的方向性取樣電路對(duì)輸出功率進(jìn)行取樣用于功率控制，如圖3所示。

圖3 取樣電路原理圖

當(dāng)射頻功率信號(hào)通過(guò)電流取樣變壓器T 1時(shí)，前反向電流在T 1的次級(jí)產(chǎn)生取樣電流。當(dāng)射頻功率信號(hào)通過(guò)電壓取樣變壓器T 2時(shí)，前反向電壓在T 2的次級(jí)產(chǎn)生取樣電壓。這里取R1=R2=R。T 1的負(fù)載為R1、R2并聯(lián)，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(fù)載為R1、R2串聯(lián)，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(jí)匝數(shù)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(shí)現(xiàn)

某型4 0 0 W短波發(fā)射機(jī)其平均功率和峰包功率指標(biāo)均為4 0 0 W，調(diào)幅峰包功率也為4 0 0 W。在單音調(diào)制時(shí)，主控制器輸出一固定幅度的射頻激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大后，發(fā)射機(jī)輸出4 0 0 W的平均功率，這時(shí)前向取樣電壓為一標(biāo)定值。而雙音調(diào)制時(shí)，發(fā)射機(jī)輸出4 0 0 W的峰包功率，即平均功率為2 0 0 W，這時(shí)前向電壓低于標(biāo)定值，主控制器將激勵(lì)信號(hào)降低兩倍（即3 d B）。同樣，發(fā)射機(jī)工作在調(diào)幅方式（調(diào)制指數(shù)為0.8）時(shí)，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(lì)信號(hào)減小3.9 d B，輸出峰包功率達(dá)到4 0 0 W。實(shí)際測(cè)得的激勵(lì)信號(hào)頻譜如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 單音調(diào)制激勵(lì)信號(hào)頻譜（H z）

圖5 雙音調(diào)制激勵(lì)信號(hào)頻譜（H zH z）

圖6 調(diào)幅激勵(lì)信號(hào)頻譜(H z）

4 實(shí)際應(yīng)用中需注意的問(wèn)題

發(fā)射機(jī)要輸出穩(wěn)定的額定功率，必須有準(zhǔn)確的前向取樣信號(hào)，這要求電路的頻響要好。如果頻響差，就會(huì)出現(xiàn)某一頻點(diǎn)已經(jīng)輸出滿(mǎn)功率，但前向取樣信號(hào)在該頻點(diǎn)的頻響低，主控制器就會(huì)增大激勵(lì)信號(hào)從而功率繼續(xù)增大。如果前向取樣信號(hào)在該頻點(diǎn)的頻響高，主控制器就會(huì)減小激勵(lì)信號(hào)從而功率不足。取樣電路中對(duì)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(shù)比。若磁芯上繞線的匝數(shù)較多，電感量較大，磁環(huán)將會(huì)發(fā)熱而損壞。因此，選擇變壓器時(shí)一定要確定合適的匝數(shù)比，并挑選合適的磁芯，取樣電路的準(zhǔn)確性才能得到解決。

發(fā)射機(jī)根據(jù)前反向電壓值計(jì)算出駐波比，當(dāng)檢測(cè)駐波比大于一定值時(shí)，觸發(fā)功放保護(hù)機(jī)制，這就要求反向電壓的準(zhǔn)確性。實(shí)際應(yīng)用中反向電壓一般較小，甚至有時(shí)得不到。這是由于檢波二極管V 1、V 2管壓降的影響，當(dāng)反向電壓小于0.7 V時(shí)就無(wú)法準(zhǔn)確獲得。因此需要在T 1次級(jí)施加調(diào)整偏置電路，在小信號(hào)時(shí)補(bǔ)償檢波二極管的極間電壓，這樣就可以確保發(fā)射機(jī)在開(kāi)短路時(shí)得到有效保護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)短波發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，如何實(shí)現(xiàn)其功率穩(wěn)定輸出是研究的重點(diǎn)，這要求發(fā)射機(jī)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(duì)其輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在駐波過(guò)大或故障時(shí)進(jìn)行保護(hù)，這取決于是否有準(zhǔn)確的功率取樣信號(hào)。本文提出的功率取樣電路及功率控制方法，在功率檢測(cè)和控制上是有效的，為發(fā)射機(jī)保護(hù)提供了重要的依據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)、制造發(fā)射機(jī)具有指導(dǎo)意義。

[1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)短波單邊帶發(fā)射機(jī)電性能測(cè)量方法G B/T 6 9 3 3-1 9 9 5

[2]陳邦媛.射頻通信電路[M]，科學(xué)出版社，2 0 0 2.

[3]Re i n h o l d L u d w i g，P a v w l B r e t c h k o，射頻電路設(shè)計(jì)—理論與應(yīng)用[M]，電子工業(yè)出版社，2 0 0 2.

[4]曹海峰，藍(lán)永海，薛新.一種發(fā)射機(jī)功率功率信號(hào)檢測(cè)方法[J]，信息對(duì)抗，2 0 1 4,3 3(2).

[5]王斌，趙偉剛.發(fā)射機(jī)駐波保護(hù)電路設(shè)計(jì)[J]，電子信息對(duì)抗技術(shù)，2 0 0 8,2 3(1).

T N 8 3 8

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 2（下）-0 1 3 6-0 2