巴桑羅布

（西藏自治區(qū)廣播電視局092臺(tái)，西藏日喀則 857800）

0.引言

在現(xiàn)代城市的建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中，電臺(tái)廣播與電視廣播系統(tǒng)能夠利用電子信號(hào)通信設(shè)備向城市居民傳送聲音、影像等信息，為公眾提供出行信息、新聞信息、娛樂(lè)信息等內(nèi)容，是現(xiàn)代城市基礎(chǔ)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。廣播系統(tǒng)的建立離不開(kāi)短波發(fā)射機(jī)的支持，短波發(fā)射機(jī)能夠在較廣的區(qū)域范圍內(nèi)傳輸短波波段的電信號(hào)，以較強(qiáng)的抗干擾力為公眾提供穩(wěn)定的信息服務(wù)。但短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行頻率常常受到各項(xiàng)因素的干擾而出現(xiàn)波動(dòng)問(wèn)題，需要技術(shù)人員深入分析這一問(wèn)題的產(chǎn)生原因，并通過(guò)合理措施加以解決處理。

1.短波發(fā)射機(jī)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理

短波發(fā)射機(jī)的主要組成結(jié)構(gòu)為電源、激勵(lì)器、線性功率放大器、濾波器、自動(dòng)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)、冷卻系統(tǒng)等。其中，電源系統(tǒng)的主要作用是為短波發(fā)射機(jī)的正常工作提供能量來(lái)源。激勵(lì)器主要負(fù)責(zé)形成單邊帶信號(hào)，將基帶信號(hào)調(diào)制為單邊帶信號(hào)，再將其變頻處理使其頻率與發(fā)射頻率一致，并使其發(fā)射功率滿足線性功率放大器運(yùn)行需求。在激勵(lì)器工作過(guò)程中，為避免調(diào)制變頻給電信號(hào)造成干擾，使信號(hào)中產(chǎn)生不需要的頻率波段，出現(xiàn)信號(hào)失真情況，通常會(huì)讓激勵(lì)器在較低的功率下工作，而線性功率放大器主要負(fù)責(zé)將激勵(lì)器發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行線性放大，使之滿足信號(hào)輸出的功率要求。通常情況下，固態(tài)放大器更適用于功率相對(duì)較小的短波發(fā)射機(jī)，電子管調(diào)諧功放則適用于功率相對(duì)較大的短波發(fā)射機(jī)。濾波器主要指邊帶濾波器，能夠根據(jù)具體需要將輸出信號(hào)中的上邊帶或下邊帶信號(hào)過(guò)濾掉，將雙邊帶信號(hào)通過(guò)所提供的不同電平載波轉(zhuǎn)化為單邊帶信號(hào)。自動(dòng)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)頻率預(yù)置或頻率跟蹤2種模式實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)頻率的自動(dòng)切換，也可以自動(dòng)調(diào)整負(fù)載以適應(yīng)天線饋線阻抗變化帶來(lái)的影響，讓短波發(fā)射機(jī)能夠輸出更加穩(wěn)定、安全的電信號(hào)。冷卻系統(tǒng)屬于短波發(fā)射機(jī)的安全保障系統(tǒng)，負(fù)責(zé)帶走線性功率放大器在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量，維持短波發(fā)射機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于功率相對(duì)較小的短波發(fā)射機(jī)而言，可以使用空氣對(duì)流進(jìn)行自然冷卻，功率相對(duì)較大的短波發(fā)射機(jī)則可以使用風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷，或使用水冷等液體冷卻方法進(jìn)行直接冷卻或蒸發(fā)冷卻，降低短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行溫度[1]。

2.影響短波發(fā)射機(jī)功率的主要因素

2.1 開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的電路檢測(cè)

2條光纜設(shè)備對(duì)短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行功率起到了控制作用。其中，一條光纜能夠在相關(guān)指令信號(hào)作用下控制對(duì)應(yīng)的組件模塊，另一條光纜能夠?qū)鬏斝盘?hào)進(jìn)行控制，通過(guò)2條光纜的共同作用即可實(shí)現(xiàn)對(duì)短波發(fā)射機(jī)功率的實(shí)時(shí)控制。通常情況下，控制組件模塊的光纜能夠根據(jù)指令信號(hào)中傳達(dá)的內(nèi)容讓模塊完成“開(kāi)”“關(guān)”等動(dòng)作，其指令信號(hào)主要以數(shù)字編碼為主，在控制發(fā)射機(jī)功率的過(guò)程中具有較高的穩(wěn)定性與可靠性?？刂苽鬏斝盘?hào)的光纜能夠分析傳輸模塊所傳遞的各類信息，再根據(jù)信息內(nèi)容對(duì)短波發(fā)射機(jī)的功率進(jìn)行控制，確保電路信息能夠在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)出來(lái)。

而開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的電路檢測(cè)結(jié)果不具有普遍性與穩(wěn)定性，當(dāng)電路檢測(cè)過(guò)程中外部電壓與額定電壓不一致時(shí)，短波發(fā)射機(jī)發(fā)射的基準(zhǔn)電壓也會(huì)產(chǎn)生一定的偏離，無(wú)法保持穩(wěn)定的輸出電壓狀態(tài)，使得短波發(fā)射機(jī)的功率隨之產(chǎn)生波動(dòng)，無(wú)法在額定工作功率下正常穩(wěn)定運(yùn)行。通常情況下，用于控制載波的直流信號(hào)電壓處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，不容易受到外部電壓的干擾而產(chǎn)生波動(dòng)。當(dāng)外部電壓過(guò)高時(shí)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因通常為PSM功率模塊不足，此時(shí)，倘若沒(méi)有按照科學(xué)合理的方式對(duì)PSM功率模塊進(jìn)行功率合成，很可能會(huì)使外部電壓低于額定電壓，降低了短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行功率，嚴(yán)重干擾了短波發(fā)射機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 柵極電阻

在PSM短波發(fā)射機(jī)中，起到關(guān)鍵作用的組成結(jié)構(gòu)部件為IGBT電子開(kāi)關(guān)以及低壓整流器。其中，IGBT電子開(kāi)關(guān)是通過(guò)2個(gè)晶體管串聯(lián)組成的，其輸入端口主要作用于晶體保護(hù)管，輸出端口主要作用于晶體開(kāi)關(guān)管。當(dāng)短波發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，晶體開(kāi)關(guān)管負(fù)責(zé)疏通IGBT，而晶體保護(hù)管則處于未工作狀態(tài)。在PSM功率模塊的運(yùn)行過(guò)程中，IGBT模塊在電路進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作時(shí)，其內(nèi)部的柵極電容會(huì)發(fā)生充放電，對(duì)短波發(fā)射機(jī)的輸出電壓形成一定的干擾，而其柵極電阻RG的電阻值以及溫度系數(shù)等特性會(huì)使柵極電容的充放電過(guò)程出現(xiàn)變化，影響短波發(fā)射機(jī)的輸出電壓。

在柵極電壓與漏極電流的伏安特性曲線中，漏極電流ID隨著柵極電壓UGS的升高而增大。晶體管GTR的伏安特性曲線也與之類似，可以按照曲線特性分為電量飽和區(qū)、放大區(qū)以及電容擊穿區(qū)。當(dāng)柵極電壓未達(dá)到IGBT的開(kāi)啟電壓時(shí)，IGBT不會(huì)開(kāi)啟，保持關(guān)閉狀態(tài)，而當(dāng)柵極電壓達(dá)到一定值，IGBT會(huì)疏通開(kāi)啟，此時(shí)柵極電壓與漏極電流的關(guān)系曲線呈線性分布。因此，柵極電阻的變化對(duì)柵極電壓與漏極電流之間的關(guān)系有著重要影響，不穩(wěn)定的柵極電壓會(huì)對(duì)短波發(fā)射機(jī)的輸出電壓造成干擾，影響短波發(fā)射機(jī)功率的穩(wěn)定性，容易使短波發(fā)射機(jī)難以在正常狀態(tài)下工作。由于柵極電壓值由漏極電流控制，需要合理選擇電壓范圍，通常會(huì)將其控制在15V左右[2]。

2.3 短波發(fā)射機(jī)功率模塊故障

上述2種影響因素是短波發(fā)射機(jī)出現(xiàn)功率波動(dòng)的主要原因，也是影響最大的2個(gè)原因。此外，短波發(fā)射機(jī)出現(xiàn)功率波動(dòng)也可能是其中的功率模塊出現(xiàn)了故障。短波發(fā)射機(jī)功率模塊的主要組成元件有IGBT、整流二極管等，以串聯(lián)的方式連接在一起，當(dāng)其中某個(gè)元件出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞、性能失效等問(wèn)題就會(huì)對(duì)整個(gè)功率模塊造成干擾。例如，IGBT在開(kāi)啟瞬間承受的電壓值較高，當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，有可能會(huì)擊穿IGBT中的二極管，使得IGBT發(fā)生損壞故障，無(wú)法維持正常工作。為避免這一現(xiàn)象，相關(guān)技術(shù)人員需要在功率模塊電路中添加啟動(dòng)電容對(duì)二極管進(jìn)行保護(hù)，或使用大容量二極管對(duì)原有二極管進(jìn)行替換，有效防止擊穿事件的發(fā)生。

2.4 短波天線的安設(shè)結(jié)構(gòu)

短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行離不開(kāi)短波天線的安設(shè)，而短波天線的安設(shè)結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)短波發(fā)射機(jī)的功率產(chǎn)生影響。一方面，當(dāng)短波天線陣元間距與高頻段半波長(zhǎng)一致時(shí)，高頻段功率較高，低頻段則會(huì)發(fā)生耦合，使得短波天線陣難以定向短波信號(hào)，當(dāng)陣元間距與低頻段半波長(zhǎng)一致時(shí)，高頻段會(huì)產(chǎn)生柵瓣，使得功率分布不夠集中，主方向功率下降。另一方面，置于地面上的短波天線會(huì)通過(guò)電磁場(chǎng)作用讓地面產(chǎn)生電流，該電流激發(fā)的二次場(chǎng)會(huì)與天線原本的電磁場(chǎng)發(fā)生疊加，改變天線原有的方向與功率。此外，當(dāng)短波發(fā)射機(jī)的輸出阻抗與饋線以及天線的阻抗不相同時(shí)，短波發(fā)射機(jī)的高頻信號(hào)會(huì)發(fā)生反射，其產(chǎn)生的駐波會(huì)對(duì)短波發(fā)射機(jī)的功率放大器造成損壞，影響短波發(fā)射機(jī)的功率。而短波天線所在區(qū)域的場(chǎng)地環(huán)境也會(huì)對(duì)短波發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行造成影響，當(dāng)天線場(chǎng)地周?chē)写艌?chǎng)干擾，或周邊存在較多的障礙物，且障礙物距離短波發(fā)射機(jī)的信號(hào)發(fā)射起點(diǎn)過(guò)近都會(huì)影響到短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行功率與信號(hào)傳遞效率。

3.解決短波發(fā)射機(jī)功率波動(dòng)的具體措施

3.1 在電路處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)分別檢測(cè)短波發(fā)射機(jī)故障

短波發(fā)射機(jī)的內(nèi)部電路檢測(cè)會(huì)對(duì)其發(fā)射功率造成干擾，在對(duì)短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意檢測(cè)過(guò)程需要在電路開(kāi)啟與閉合狀態(tài)下各進(jìn)行一次，以便準(zhǔn)確判斷短波發(fā)射機(jī)的電路運(yùn)行狀況與模塊故障位點(diǎn)。在檢測(cè)過(guò)程中，技術(shù)人員需要嚴(yán)格監(jiān)控短波發(fā)射機(jī)的外部電壓與額定電壓，并及時(shí)對(duì)比二者之間的差值，掌握動(dòng)態(tài)化的電壓功率信息，以便為短波發(fā)射機(jī)內(nèi)部電路工作情況的分析核查工作提供數(shù)據(jù)支撐，讓技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確掌握短波發(fā)射機(jī)的隱患與故障位點(diǎn)，并及時(shí)進(jìn)行維修處理。技術(shù)人員還可以利用PSM功率模塊來(lái)判斷短波發(fā)射機(jī)的基準(zhǔn)電壓變化，確保短波發(fā)射機(jī)功率處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免短波發(fā)射機(jī)在電壓變化的情況下出現(xiàn)大幅度的功率波動(dòng)，讓電路檢測(cè)工作更加全面完善。再者，在電路檢測(cè)過(guò)程中，技術(shù)人員還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部元件的老化情況，對(duì)其使用壽命進(jìn)行合理評(píng)估，將老化嚴(yán)重、性能即將失效的元器件進(jìn)行替換處理，確保短波發(fā)射機(jī)各元件均能維持正常工作狀態(tài)，保持穩(wěn)定的功率輸出。在使用短波發(fā)射機(jī)之前，技術(shù)人員需要對(duì)短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，測(cè)試其運(yùn)行可行性、穩(wěn)定性與安全性，及時(shí)排查異常故障，避免在后續(xù)正常工作中干擾短波發(fā)射機(jī)的輸出功率。

3.2 選擇溫度系數(shù)符合實(shí)際需求的柵極電阻材料

短波發(fā)射機(jī)功率模塊中的IGBT開(kāi)關(guān)管在電路開(kāi)關(guān)動(dòng)作中會(huì)進(jìn)行充放電，使電容發(fā)生變化，內(nèi)部的柵極電阻也處于不斷地充放電過(guò)程中。在這一狀態(tài)下，柵極電流會(huì)受柵極電阻充放電過(guò)程的影響而出現(xiàn)波動(dòng)，又反過(guò)來(lái)對(duì)柵極電阻的充放電速率造成了影響。為避免柵極電流波動(dòng)而引起的輸出電壓波動(dòng)，需要對(duì)柵極電阻的材料特性進(jìn)行優(yōu)化，技術(shù)人員可以選擇溫度系數(shù)較小的金屬膜電阻材料制作柵極電阻，并確保該膜電阻材料不會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，影響柵極電阻的使用穩(wěn)定性。在連接不同電阻元件時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)選擇并聯(lián)方式，避免其中某一元件出現(xiàn)故障而使該電路區(qū)域出現(xiàn)短路或斷路問(wèn)題，導(dǎo)致其他元件無(wú)法正常工作。在選擇柵極電阻值時(shí)，需要選擇電阻值相對(duì)較大的柵極電阻元件，以便在相同柵極電流條件下提高柵極電阻的輸出電壓，從而提升功率模塊整體的輸出電壓[3]。

3.3 對(duì)短波發(fā)射機(jī)功率模塊可能發(fā)生的故障問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化

在短波發(fā)射機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其功率模塊的正常工作對(duì)其功率有著較大影響，而功率模塊中IGBT所承受的電壓會(huì)在電路開(kāi)啟瞬間突然增大，當(dāng)電壓超過(guò)一定范圍時(shí)，就會(huì)使內(nèi)部的二極管元件發(fā)生擊穿損壞，導(dǎo)致功率模塊失效，短波發(fā)射機(jī)難以正常運(yùn)行，其功率也會(huì)出現(xiàn)突變。為解決這一問(wèn)題，技術(shù)人員需要在IGBT電路內(nèi)部添加啟動(dòng)電容，以便對(duì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作中產(chǎn)生的電流突變進(jìn)行緩沖，保障二極管不受過(guò)高電壓的影響而出現(xiàn)擊穿問(wèn)題。此外，技術(shù)人員還可以替換原有的二極管元件，使用容量更大的二極管來(lái)避免擊穿問(wèn)題，可以直接將大容量二極管并聯(lián)至原有二極管上，對(duì)原有二極管進(jìn)行保護(hù)。

3.4 合理安設(shè)短波天線結(jié)構(gòu)

短波天線陣元間距的選擇會(huì)對(duì)短波發(fā)射機(jī)的功率產(chǎn)生較大影響，為此，技術(shù)人員需要根據(jù)短波發(fā)射機(jī)需要傳輸?shù)亩滩ㄐ盘?hào)所在頻段來(lái)確定陣元間距，在選擇陣元間距時(shí)還需要將天線的輻射角度考慮在內(nèi)，避免陣元間距選擇錯(cuò)誤而使短波發(fā)射機(jī)的主方向功率降低，影響信號(hào)的傳輸。其次，技術(shù)人員根據(jù)其使用鏡像法天線電磁場(chǎng)與其在地面激發(fā)的二次場(chǎng)對(duì)短波信號(hào)傳輸功率的影響，判斷傳輸功率最大時(shí)短波天線結(jié)構(gòu)的安設(shè)方式也可以使用敷設(shè)地網(wǎng)來(lái)降低地面對(duì)短波發(fā)射機(jī)功率的干擾。再者，技術(shù)人員還需要確保短波發(fā)射機(jī)的輸出阻抗與饋線以及天線的阻抗保持一致，以便讓短波發(fā)射機(jī)功率保持在較高水平。此外，在規(guī)劃天線場(chǎng)地時(shí)，需要排除周?chē)渌ㄖO(shè)備的磁場(chǎng)干擾，確保天線場(chǎng)地地形平坦，障礙物數(shù)量以及短波發(fā)射機(jī)發(fā)射位點(diǎn)與障礙物上界的仰角在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，避免天線場(chǎng)地設(shè)置的不合理對(duì)短波發(fā)射機(jī)的功率造成干擾。

3.5 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理工作

短波發(fā)射機(jī)的設(shè)備故障會(huì)對(duì)其運(yùn)行功率產(chǎn)生嚴(yán)重影響，為確保短波發(fā)射機(jī)能夠在穩(wěn)定功率下正常運(yùn)行，技術(shù)人員就需要加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)管理工作，構(gòu)建完善的設(shè)備巡檢管理機(jī)制，定期對(duì)短波發(fā)射機(jī)內(nèi)部的各個(gè)元件進(jìn)行檢測(cè)，判斷其結(jié)構(gòu)性能與使用壽命是否能滿足后續(xù)工作要求，及時(shí)將不符合要求的元器件進(jìn)行替換處理，確保短波發(fā)射機(jī)運(yùn)行功率的穩(wěn)定性。在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)管理工作時(shí)，技術(shù)人員需要做好技術(shù)檔案記錄與管理工作，將每一次巡檢、故障、維修、管理步驟詳細(xì)地記錄下來(lái)，并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便隨時(shí)進(jìn)行調(diào)取查閱，為后續(xù)的維護(hù)管理工作提供信息支持，提升短波發(fā)射機(jī)維護(hù)管理效率。

4.結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與城市化進(jìn)程的推進(jìn)帶動(dòng)了城市基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，廣播系統(tǒng)作為為公眾提供出行信息、新聞信息、娛樂(lè)信息等內(nèi)容服務(wù)的重要設(shè)施，其信號(hào)發(fā)射與傳輸設(shè)備對(duì)城市的正常運(yùn)行有著重要影響。其中，短波發(fā)射機(jī)以其覆蓋范圍廣、穩(wěn)定性高、便捷性好的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于廣播系統(tǒng)信號(hào)傳輸過(guò)程中，但其運(yùn)行功率受到電路、柵極電阻等影響會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，不利于廣播信號(hào)的高效穩(wěn)定傳輸。相關(guān)技術(shù)人員需要加強(qiáng)對(duì)短波發(fā)射機(jī)電路以及柵極電阻等部件的檢測(cè)與控制，排除對(duì)其運(yùn)行功率的影響，提升廣播信號(hào)的傳輸質(zhì)量。