秦峰

（國(guó)家新聞出版廣電總局六五四臺(tái) 新疆省呼圖壁縣 831201）

420C型500kW短波發(fā)射機(jī)鑒相器的原理與改進(jìn)措施

秦峰

（國(guó)家新聞出版廣電總局六五四臺(tái) 新疆省呼圖壁縣 831201）

鑒相器使用在短波發(fā)射機(jī)中，能達(dá)到其自動(dòng)調(diào)諧的目的。本文對(duì)鑒相器的工作原理進(jìn)行了介紹，并對(duì)鑒相器在短波發(fā)射機(jī)調(diào)諧控制中的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了其在短波廣播發(fā)射機(jī)調(diào)諧系統(tǒng)中的改進(jìn)措施。

短波發(fā)射機(jī)；鑒相器；原理；改進(jìn)措施

短波發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)、順序控制器以及馬達(dá)控制器等三部分組成，將鑒相器運(yùn)用在調(diào)諧系統(tǒng)中，對(duì)其控制過(guò)程有重要的作用。鑒相器是一種相位比較裝置，又稱作相位比較器，即輸出電壓與兩個(gè)輸入信號(hào)間的相位差具有確定關(guān)系的電路。鑒相器是鎖相環(huán)的基本部件，同時(shí)用于調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)的解調(diào)。鑒相器電路可以歸納為模擬鑒相器和數(shù)字鑒相器兩種形式。

常見(jiàn)的模擬鑒相器之一就是二極管平衡鑒相器，該種模擬鑒相器的鑒相特性通常為余弦型。其輸人的兩個(gè)正弦信號(hào)的和以及差分別加在檢波二極管，鑒相器的輸出電壓是檢波后的點(diǎn)位差。相比平衡鑒相器，二極管環(huán)型鑒相器存在著更加突出的優(yōu)點(diǎn)，即在鑒相靈敏度方面提高了一倍，同時(shí)可以做到輸出平衡以及阻抗匹配，另外此模擬鑒相器的載漏小且平衡對(duì)稱結(jié)構(gòu)好。鑒頻鑒相器也是一中常見(jiàn)的數(shù)字鑒相器，即兩個(gè)輸入信號(hào)都為脈沖序列，其前沿、后沿分別代表各自的相位，通過(guò)比較兩個(gè)脈沖序列的相位和頻率即可以得到跟相位差有關(guān)的輸出，該鑒相器的鑒相特性為鋸齒型的。

1 原理分析

當(dāng)短波發(fā)射機(jī)的電子管陽(yáng)極電路進(jìn)行調(diào)諧時(shí)，存在于電子管柵極中的高頻電壓和陽(yáng)極高頻電壓之間出現(xiàn)180的差值，隨著陽(yáng)極回路中的諧振情況以及阻抗的變化，陽(yáng)極高頻電壓的相位也會(huì)出現(xiàn)不斷的變化，這就會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極高頻電壓和柵極電壓之間出現(xiàn)的相位差不會(huì)穩(wěn)定在180，有可能會(huì)大于或小于180，如果要將它們之間的相位差保持為180不變，就要調(diào)整陽(yáng)極回路中的被調(diào)諧元件的量值，這一過(guò)程就稱為調(diào)諧。將鑒相器運(yùn)用在短波廣播發(fā)射機(jī)中就能起到自動(dòng)控制調(diào)諧的作用。在電路中利用磁場(chǎng)禍合原理，利用電流互感器能夠得到陽(yáng)極電壓的取樣，通過(guò)電阻分壓方法能夠得到柵極電壓的取樣，然后將兩個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行相位比較和矢量疊加。兩個(gè)要進(jìn)行相位鑒別的具有方向矢量的高頻信號(hào)源，在電壓進(jìn)行疊加后分別加到兩個(gè)反向安裝的二級(jí)管上，在進(jìn)行檢波之后，就能獲得兩個(gè)極性不同的直流信號(hào)。直流電橋由電阻以及二級(jí)管檢波器的輸出電壓組成，當(dāng)調(diào)諧工作完成并且兩個(gè)信號(hào)源之間的相位差為90的時(shí)候，直流電橋?yàn)槠胶鉅顟B(tài)。此狀態(tài)具體表現(xiàn)為此時(shí)沒(méi)有誤差信號(hào)的輸出。假如調(diào)諧沒(méi)有完成，同時(shí)兩個(gè)信號(hào)源之間的相位差不是90，直流電橋就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的信號(hào)輸出，該誤差信號(hào)有可能是正極也有可能是負(fù)極。但當(dāng)誤差的信號(hào)被放大之后，會(huì)成為調(diào)諧元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)被調(diào)諧的元件轉(zhuǎn)動(dòng)至電路諧振位置的時(shí)候，此時(shí)沒(méi)有誤差信號(hào)輸出，至此調(diào)諧的過(guò)程結(jié)束。

420C型0kW5短波發(fā)射機(jī)的高末級(jí)是使用鑒相器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧的。其控制原理與大多數(shù)使用鑒相器的調(diào)諧系統(tǒng)基本相同。在電子管的柵極和屏極各取一個(gè)幅度大小合適的射頻信號(hào)，分別送到鑒相器的輸入端，經(jīng)過(guò)鑒別，在鑒相器的輸出端得到一個(gè)直流電信號(hào)。由于直流信號(hào)隨著兩個(gè)輸入射頻信號(hào)的相位差而變化，因此發(fā)射機(jī)的調(diào)諧系統(tǒng)依據(jù)鑒相器的輸出信號(hào)對(duì)調(diào)諧元件進(jìn)行調(diào)整，使調(diào)諧回路處于最佳工作狀態(tài)。發(fā)射機(jī)高末鑒相器的取樣，來(lái)自高末屏極和高末柵極，高末屏極取的是電壓信號(hào)，高末柵極取的是電流信號(hào)。高末柵極之所以用電流取樣，而不采用電壓取樣，是因?yàn)闁艠O跟屏極的射頻相位相差180°。

而鑒相器為余弦型，相位差在90°的時(shí)候，電壓輸出為0。為了便于判斷，高末柵極采用電流取樣，使二者的相位差處于90°。

2 鑒相器系統(tǒng)存在的問(wèn)題

高末柵極的取樣信號(hào)干擾嚴(yán)重。機(jī)器在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有采取屏蔽措施，有些電阻直接暴露在高頻環(huán)境當(dāng)中，造成干擾很嚴(yán)重，導(dǎo)致鑒相器輸出信號(hào)不穩(wěn)定，信號(hào)電平也不準(zhǔn)確。

鑒相器輸出的直流信號(hào)的取樣精度和速度受限制。發(fā)射機(jī)原來(lái)設(shè)計(jì)鑒相器輸出信號(hào)是從鑒相器出來(lái)之后，送入1A2單元的伺服模擬處理器，以-5V為參考地進(jìn)行2倍的放大后得到0～10V的取樣信號(hào)，由于鑒相器正常輸出在±500MV以內(nèi)，而以±2.5V進(jìn)行量化取樣，信號(hào)的精度就降低了很多；另一方面，鑒相器信號(hào)經(jīng)過(guò)1A2的伺服模擬處理器后，通過(guò)1A2控制程序，進(jìn)入伺服數(shù)字處理器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后再進(jìn)入上位機(jī)，受到單片機(jī)速度的限制，使鑒相器數(shù)據(jù)取樣速度受限制。

3 鑒相器的改進(jìn)措施

對(duì)鑒相器輸入信號(hào)進(jìn)行屏蔽抗干擾處理。對(duì)于暴露在RF環(huán)境下的高末級(jí)柵極取樣電阻，我們采取了必要的屏蔽措施，取樣電阻被屏蔽后，取樣波形有了明顯的好轉(zhuǎn)。

對(duì)鑒相器輸出信號(hào)進(jìn)行高精度量化取樣處理。鑒于鑒相器本身存在的缺陷與不足，我們?nèi)∠嗽瓉?lái)鑒相器信號(hào)的傳輸、取樣量化方式，直接將鑒相器的輸出信號(hào)送往工控機(jī)（即上位機(jī)），在工控機(jī)中，使用PCL-1716模擬量采集卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，PCL-1716是16位A/D轉(zhuǎn)換器，為提高量化精度，我們采用-625至+625MV之間的取樣量化區(qū)間，采樣速度為250kHz。由于鑒相器輸出信號(hào)的正常幅度在±500MV以內(nèi)，極大地提高了信號(hào)的采樣精度和速度。

自動(dòng)調(diào)諧方式的改變及鑒相器補(bǔ)償。除了上述兩個(gè)缺陷之外，另一個(gè)導(dǎo)致鑒相器的效果不好的原因是中間環(huán)節(jié)過(guò)多，速度比較慢。因此，可以將鑒相器輸出信號(hào)直接送入上位機(jī)，在上位機(jī)中編寫相應(yīng)自動(dòng)調(diào)諧程序，用以控制伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行調(diào)諧，改造后，使得調(diào)諧速度和精度都有所提高。由于頻率變化，鑒相器輸出都有一些不同程度的偏移，即使在不同的工作頻率上，發(fā)射機(jī)處于正調(diào)諧的位置時(shí)，鑒相器輸出也不能完全為零。為此，我們?cè)诔绦蛱幚砩?，根?jù)鑒相器的頻率特性，進(jìn)行了存儲(chǔ)數(shù)值的偏移，即在調(diào)諧時(shí)，對(duì)相應(yīng)的頻率進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，從而達(dá)到正調(diào)諧的目的。

[1]蔣君章.等效鑒相器法及其應(yīng)用[J].電子學(xué)報(bào)，1978（01）.

[2]郝大海.鑒相器在短波廣播發(fā)射機(jī)調(diào)諧控制中的運(yùn)用[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2014（07）.

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2015-12-20