100kW PSM短波发射机的杂音问题

吴海军

摘要：文章首先对PSM100KW短波发射机进行了概括性介绍，进而分析了PSM100KW短波发射机的杂音问题，并在此基础上提出解决PSM100KW短波发射机杂音问题的有效途径与方法。

关键词：短波发射机；杂音；频率

1PSM100KW短波发射机概述

PSM100KW短波发射机系统由频率合成器输出的功率为20mW的正弦射频载波信号经自动增益器均衡幅度后，进入宽带射频放大器放大至200W，然后在进入高级射频放大器完成缓冲窄带放大，再进入高末级射频放大器进行高增益窄带放大，最终输出100KW的射频载波功率电平。经过上述三级调幅过程中，再经谐波滤波器滤除谐波后，进入平衡转换器，将75Ω的单边信号转变为200Ω的平衡信号，输送给天线系统。几乎所有的100KWPSM短波发射机均采用了脉冲阶梯调制技术，当载波的输出功率为100KW时，可在以下频段范围内使用：3.2-26.1MHz。发射机系统主要是由以下几个部分组成：激励器、增益控制器、三级放大器（宽频带、高前级和高末级）、屏级输出网格、滤波器、平衡转换器、电源、指示与过流保护电路等。下面分别对主要组成部分的功能进行介绍。

1.1激励器

激励器又被称之为频率合成器，100KWPSM短波发射机应用的是美国麻省生产的PTS040型激励器，该设备的主要技术指标如表1所示。

激励器能够预选10个频率，采用的是TTLBCD码控制，能实现遥控和手控两种控制方式，接口采用的是IEEE标准接口，能通过对激励器的控制，实现发射机频率的倒换。虽然也有部分100KWPSM短波发射机采用了国产的激励器，并且主要的技术标准也均相同，但从实际应用情况上看，稳定性要比进口的差一些。

1.2增益控制器

该设备能够实现如下功能：借助控制面板上可变阻6R4能够增加或是减少射频增益，同时，通过对末前级阴流以及高末级栅流变化的监控，可对激励器输出的射频电平进行自动调节。

1.3宽频带放大器

100KWPSM短波发射机系统采用的宽频带放大器的主要技术指标如表2所示。

2PSM100KW短波发射机的杂音问题分析

2.1分频杂音

在实际操作中，48级脉冲阶梯调制开关的输出电压无法处于完全平衡的状态，造成这一现象的原因在于以下几个方面。

在两台PSM主变压器的48个功率模块上，分别接有48个次级绕组，对于各功率模块而言，每个次级绕组均为一个独立运行的三相全波整流器。在移相变压器中，受次级绕组位置的影响会产生不同的漏感。一般情况下，边缘绕组的漏感大，中间绕组的漏感小，从而造成移相变压器中的次级绕组会输出不同的电压，造成电压不平衡。此外，移相变压器制造工艺不同也是导致移相变压器相同位置绕组输出电压不相同的主要原因之一。所以，对于开关频率周期内21级脉冲阶梯调制开关而言，其合成电压是不相等的，将这种合成电压输出到射频被调级，就会出现杂音现象。具体频率可通过以下公式进行计算获得：PDM补偿脉冲频率/总的脉冲阶梯调制开关级数=1.46kHz，其中PDM补偿脉冲频率为70kHz，总的脉冲阶梯调制开关级数为48级。这种分频杂音可直接落入音频范围，无法通过调制级输出端解调器进行滤除，是PSM发射机所特有的杂音，其他发射机没有这种杂音。

脉冲阶梯调制开关所使用的硅桥、电解电容、IGBT管等元器件，其电参数具备一定离散性，这也是导致每一级脉冲阶梯调制开关电源输出电源不相同的原因。

2.2调制器控制器引起的噪音

从杂音的性质上看，由PSM调制器控制器引起的噪音较为复杂，产生的原因也相对较多，通常情况下，只要控制PSM功率模块的工作信号异常，均可能引起噪音。具体情况如下。

调制器控制器功率模块上的控制板及光缆等元器件质量存在问题或是使用性能下降时，都可能使IGBT的控制信号出现异常，由此便会产生出杂音。例如：触发器状态不正确、时钟频率稳定性不佳、功率模块上的控制小板异常、光接收头接触不良等等。

快速变换器是PSM调制器控制器的重要组成部分之一，它的基本原理是借助音频复合信号与状态总线之间的电压相比达到模数转换的目的，若是两个信号中的任意一个出现不稳定或是受干扰，均会引起寄生调制问题，这样一来便会出现杂音。如状态总线电压受到杂乱分散的电场干扰或是电压不稳，都可能引起杂音。

调制器控制器接地或是工作电源不良时，也容易引起杂音。

3解决PSM100KW短波发射机杂音问题的有效途径与方法

3.1解决分频杂音的方法

对于分频杂音可采取如下方法加以解决处理。

在移相变压器的制造工艺上尽量使绕制方式更为合理，保证不同位置的绕组其漏感一致，从而实现输出电压相等。

对两台PSM变压器而言，可让其次级绕组的输出电压一台超前输入电压15°，另一台滞后输入电压15°，使两台PSM变压器相差±15°。如此一来，可将两套24组三相全波整流器合称为24组12相整流器，从而达到降低电源波纹系数，减少杂音的目的。

适当排列光缆顺序也是解决PSM变压器分频杂音问题的有效方法，具体操作如下：在载波状态下，通过交替排序电压输出的高功率模块与低功率模块，使得叠加后的功率模块所输出的主整电压在单位时间内的平均值相同。在这种情况下，需要对两台移相变压器中的边缘绕组和中间绕组进行交替排序。当交替排序完成后，可有效改善乙级PSM发射机的信噪比，使其降低3-4dB左右，保证PSM发射机的杂音电平达到甲级水平。对于乙级以下的PSM发射机而言，其信噪比的改善幅度更加明显。

筛选脉冲阶梯调制开关的元器件，对各元器件进行滤波电容测试，尽量选择容量大的元器件，降低元器件电参数的离散性。

在保证PSM机镇噪板“静态使用、动态停用”的前提下，将原本依靠包络负反馈引入反馈杂音信号并经倒相后抵消低频杂音的方式，转变为通过控制三角波发生器工作与否的方式，以达到从根本上抑制分频杂音产生的目的。由于分频杂音是由48级脉冲阶梯调制开关按照三角波频率循环通断而产生的，所以在载波状态下可通过停止运行三角波发生器的方法，使三角波频率为0，让48个模块只能导通21级脉冲阶梯调制开关，而不能处于循环通断状态，这样就能够避免48次分频杂音的产生。在有调制状态下，分频杂音可被调制信号消除，这时可恢复三角波发生器的正常运行，按照PDM补偿脉冲频率循环通断48个模块。

4结语

综上所述，在广播传输中，100KWPSM短波发射机是较为重要的系统之一，其运行的过程中，常常会出现杂音问题，为了确保信号质量，必须针对杂音产生的原因，采取有效的解决方法，这样能够有效避免杂音对发射机系统的影响，使整个系统的运行更加稳定、可靠。