DF100A型短波发射机杂音问题分析及处理
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作者: 刘学伟 勾建国
【摘要】本文通过对DF100A型短波发射机出现的杂音问题进行分析，提出了有效可行的解决办法，达到改善发射机指标的目的。
【关键词】短波发射机;杂音;处理
1.前言
DF100A型短波发射机的调制器与美国大陆公司生产的428E型短波广播发射机相同，它采用了新型的脉冲阶梯调制器。该机的高频系统与传统的乙类屏调机基本类似，但只在推动级和功放末级采用了两只电子管，分别是4CX3000A和4CV100000C金属陶瓷四级管。该机的关键技术在于PSM调制，与传统的乙类屏调机相比，它采用主整和调幅器合二为一的方式，将主整电压化整为零，即主整由48组，每组由700V输出电压的低压整流器串联组成。每组整流器的输出电压分别受电子开关所控制。48个电子开关受控于数字化直流控制信号和音频调制信号，用调制音频信号幅度来控制48套整流器的通断实现调幅，其输出电压通过低通滤波器使脉冲阶梯式音频调制信号平滑后，加到高末级电子管的屏极，使得高末级输出是随音频信号变压的高频包络信号。该型发射机杂音的产生以及处理有一些规律性可供遵循。
2.固有的分频杂音
PSM调制中不可避免地会产生分频杂音。机器在设计时，为了降低开关的工作频率，减少损耗，并使48级开关的平均负载功率平衡，不管是在载波状态还是有调制时，开关管都按照PDM补偿脉冲频率循环通断工作。在48级PSM开关的输出电压完全不平衡的情况下，载波输出电压中所含有的残波只有开关频率及其谐波频率信号，这些信号比较容易由调制级输出端的低通滤波器滤除掉。但是，在实际工作中发现48级PSM开关的输出电压不可能做到完全相等，直接带来了一个新的问题就是产生分频杂音。
48级PSM开关的输出电压不完全相等的原因是该机型使用了两台PSM主整变压器，每台变压器有24组次级绕组，共计48组分别接到48个功率模块板上。对每一个功率模块板来说，都是一个独立的三相全波整流器。由于次级绕组在变压器中所处的位置差异，因而漏感也存在差异。同时，由于制造工艺等原因，两台移相变压器相同位置绕组的输出电压也有不同，因此，开关频率周期内24级PSM开关（载波状态）的合成电压也互不相等。把这种含有脉动的直流电压输出加到射频被调级，就出现了相应寄生调制而导致分频杂音。其频率为：fc/48=70/48=1.46KHz，fc为PDM补偿脉冲频率，一般取70KHz。1.46KHz分频杂音将落入音频范围，调节器无法滤除，形成了本机杂音的主要部分。另外，PSM开关所用元器件电气参数的离散性，导致一些PSM开关电源输出电压出现差异。值得重视的元器件有硅胶、IGBT管、电解电容和空转二极管等。对分频杂音解决的主要方法是：
（1）生产PSM主整变压器时，采用更为合理的次级绕组绕制方法，力求使各绕组的漏感尽量相同，这样可以改善其动态电压的一致性。我们安装调试过两部PSM发射机，使用了4台主整变压器，由于生产厂家采取了一些措施，使得动态电压的一致性较好，为整机杂音的改善创造了良好条件。
（2）两台主整变压器初级采取差相输入接线。厂家在机器出厂前，对变压器多种差相接线法的数据进行了全面的测试记录和比较，并提出供给现场调试人员参考。经验认为让其中一台输入电压超前15°，另一台输入滞后15°，这样可使两套24组三相全波整流器合成为等数的24组12相整流器，减少了输出电压的纹波系数。但在我们机器现场调试时，这种接法结果仍不是很理想。通过现场试验，发现主整变压器共用-15°的初级电源效果最好，杂音指标好。
（3）两台PSM变压器初级接触接线已经确定的情况下，可通过适当地排列光缆顺序，减少分频杂音。在调试中应注意把握在载波状态下，使得功率模块叠加后输出的主整电压在单位时间内的平均值尽量保持一致，就是使输出高的模块与输出电压低的模块交替排序。实践中，在两台变压器交替工作的情况下，其中一台变压器的边缘绕组，中间绕组要分别与另一台变压器的边缘绕组、中间绕组交替排序。我们安装的两台发射机，厂家虽也给出了排序参考资料，但是由于现场安装的主整变压器不是厂家跳调机时变压器，这些排序的准确性误差较大。技术人员按照实践经验进行测试、排序并作适当调整后，杂音改善幅度甲机达到3.5dB，乙机达到4dB。
（4）元器件精挑细选和反复调试，减少离散性。在发现个别元器件可能有问题时，要进行代换试验予以确定，不合格的进行更换。特别是滤波电容器，容量宜大勿小;机器在工作一段时间后，发现杂音变化，应该仔细对电容器进行检查和容量测试，及时发现并更换有问题的电容器。
（5）利用镇噪电路来改善分频杂音。在不改变镇噪板“静态使用，动态停用”功能的同时，使其由原来的包络负反馈引入抵消杂音，改为用控制三角波发生器工作与否，从而抑制分频杂音产生，这里需要阐明的是，因为分频杂音是由48级PSM开关按照PDM补偿脉冲频率循环通断而产生的。在载波状态时，让三角波发生器停止工作，其输出为0，48个模块不能循环通断，这就从根本上避免了开关频率的48次分频杂音。在调制时，由于调制信号足以“压倒”杂音，三角波发生器恢复工作，也就不受影响了，从而48个模块可以按照PDM0补偿脉冲频率循环通断工作。
3.调制小盒带来的杂音
这种杂音形式较为复杂，产生的原因较多。但无论哪种原因，最终的作用还是使得控制PSM功率模块的信号异常，从而产生杂音。
（1）元器件质量不佳，光缆检测信号传输不稳，控制与信号传输电路板等均是产生杂音的可能原因。在机器现场调试中，就遇到过时钟频率不稳、功率模块控制板时好时坏、光缆与对应发射器接受器件工作不灵敏等。这类问题的发现还是比较容易的，因为它们都表现有明显的故障现象。技术人员在调试和维护中，只要注意观察，细心测试，多方比较试验，就可以查找到故障原因。
（2）快速变换器引起的杂音。快速变换器是通过音频复合信号与状态总线电压来实现模数转换。如果两个相比较的信号任意一个出现不稳或被干扰，均会引起之后的控制信号被寄生调制而出现杂音。解决这个问题并不难，可用示波器观察状态总线电压是否被干扰;也可以用10V直流电压替代总线电压，看杂音指标是否好转，若判断状态总线电压被干扰，可通过检查其滤波器件来查找问题。另外快速变换可能引起的杂音抖动也是值得重视的。发射机发生杂音抖动可引起整机杂音电平劣化3～4dB。快速变换器的核心器件是48个比较器，而比较器又是靠运算放大器实现的。由于任何运放开环差模电压增益不是无限大，所以比较器实际传输特性的输出状态转换并不是跳变的，存在渡越电压。渡越电压越小，比较器的灵敏度愈高。假如载波情况下被调级的直流屏压由n级PDM补偿脉冲合成，而且控制补偿脉冲的三角波峰值恰好比（n+1）级开关的触发电屏高出近似于一个度越电压，则相应的PDM补偿脉冲能否出现将是不稳定的。这种不稳定，在时钟信号与三角波信号已经锁相且没有寄生振荡的情况下，是导致PDM发射机杂音抖动的唯一原因。对于这个问题的处理，只要把功率控制信号略加调整，杂音抖动立刻消失。 （3）整个PSM小盒的接地不良或电源滤波不良同样会引起杂音，严重时，使功率模块出现大面积IGBT管击穿。
4.高末帘栅压引起的杂音
我们在调试新安装的两部机器杂音电平时，甲机只能达到-55dB左右，乙机只能达到-53dB左右，与预定的指标还有相当差距;两部机器杂音会根据使用工作频率的改变随之变化。总的趋势是，低频时的杂音好于高频时的杂音。经认真分析和观测，发现两部机器的高末级帘栅压存有不同程度的寄生调制且波形比较规则。在进一步检测后发现，寄生调制的主要频率成分约为28KHz。很明显，这是高末帘栅压PDM脉冲开关信号引起的。
高末帘栅极采用的是PDM方式供电，PDM控制信号的对象时PDM开关。PDM信号是由频率大约为28KHz三角波产生的，也就是说，PDM控制信号的频率也为28KHz。帘栅极电压需要经过低通滤波器解调，滤除开关频率及其谐波频率信号，最后获得纯正帘栅直流电压和音频调制电压。需要指出的是，此类型发射机采用了专门的PDM帘栅压解调器，但仍然存在较大分量的28KHz寄生调制信号，说明该解调器性能不佳，存在着一定的不足。对于上述问题的处理，经过认真研究，确定将两部机器的10H音频阻流圈兑换后进行比较。兑换音频阻流圈后。两部机器28KHz寄生调制杂音指标跨进了一大步。这也说明，虽然是专用解调器，但音频阻流圈参数、工作频率、安装工艺等对滤波效果影响很大，因此对低通滤波器进行检查调试甚至改进是十分必要的。
5.末级状态调整不当产生杂音
机器在出厂前厂家一般会对发射机高末级工作状态进行很细致的调试。但是随着设备的运输，重新安装，负载的改变，工作条件的变化等往往会造成发射机调制状态的改变。
（1）高末级灯丝电压供电产生杂音。高末级灯丝电压是经外电变压后直接供给灯丝，没有经过稳压和杂音消除。如果遇到有外电偏高或偏低的情况，或者外电有寄生杂音，那将直接影响到整机的噪声。对于这个问题的处理，主要是要确保外电的供电质量。在供电质量不能完全保证时，可以采用稳压电源和相应的滤波设施给灯丝供电，在发现杂音不符合要求时，可以尝试调整灯丝供电电压来改善杂音。实践中发现，有些电子管新的时候和用旧以后，灯丝电压会对杂音产生一定的影响。
（2）高末级直流工作状态调整不到位会造成杂音指标变差。前面讲过，厂家在机器出厂时，对直流状态做过仔细调试，并有详细记录，但这并不意味着机器在新的安装地点状态不会改变。通常发射机在运行一段时间后，直流状态也会有大的变化，原来调试好的最佳状态跑掉了，从而导致机器杂音及其他的指标变化。在调试两部机器的杂音过程中，就有通过改变偏压、帘栅压等使发射机达到最佳杂音的实例。在调试该型机器时，还发现高末级的屏极到四单元调制器的高压导线的长短对发射机杂音和其它指标有明显影响，特别是在高频时，长导线会使指标变差。正确的做法是，引线“宁短勿长，避免盘圈”。
（3）高末级交流状态调整不佳造成杂音指标差。高末栅极回路、屏极回路、谐波滤除器、平衡转换器以及馈线等调试正常与否，自己接影响高末级交流工作状态，如果其中一个环节调整不当或达不到规定要求，将直接使杂音与其他指标变差。在我们发射机的调试中，首先对天馈线系统、平衡转换器调试正常，使之达到预定指标后，再进行机器本身的调整。对高末屏极回路的调整，按使用说明书的要求，参考厂家提供的经验数据，一步一步操作，使发射机的交流状态达到最佳，因而确保了杂音得到充分地改善。
6.结束语
PSM发射机虽然存在各种杂音分量，只要我们认真分析，抓住主要问题，有刻苦钻研的精神和科学的态度，就能解决设备调试中存在的问题，使PSM发射机信噪指标始终达到甲级标准。
参考文献
[1]《广播电视发射与传输维护手册》国家广播电视总局无线电台管理局.
[2]魏瑞发，陈锡安著.脉冲阶梯调制设备.
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