420C型500kW短波发射机鉴相器的原理与改进措施

秦峰

（国家新闻出版广电总局六五四台 新疆省呼图壁县 831201）

420C型500kW短波发射机鉴相器的原理与改进措施

秦峰

（国家新闻出版广电总局六五四台 新疆省呼图壁县 831201）

鉴相器使用在短波发射机中，能达到其自动调谐的目的。本文对鉴相器的工作原理进行了介绍，并对鉴相器在短波发射机调谐控制中的问题进行了分析，提出了其在短波广播发射机调谐系统中的改进措施。

短波发射机；鉴相器；原理；改进措施

短波发射机的控制系统由中央控制系统、顺序控制器以及马达控制器等三部分组成，将鉴相器运用在调谐系统中，对其控制过程有重要的作用。鉴相器是一种相位比较装置，又称作相位比较器，即输出电压与两个输入信号间的相位差具有确定关系的电路。鉴相器是锁相环的基本部件，同时用于调频和调相信号的解调。鉴相器电路可以归纳为模拟鉴相器和数字鉴相器两种形式。

常见的模拟鉴相器之一就是二极管平衡鉴相器，该种模拟鉴相器的鉴相特性通常为余弦型。其输人的两个正弦信号的和以及差分别加在检波二极管，鉴相器的输出电压是检波后的点位差。相比平衡鉴相器，二极管环型鉴相器存在着更加突出的优点，即在鉴相灵敏度方面提高了一倍，同时可以做到输出平衡以及阻抗匹配，另外此模拟鉴相器的载漏小且平衡对称结构好。鉴频鉴相器也是一中常见的数字鉴相器，即两个输入信号都为脉冲序列，其前沿、后沿分别代表各自的相位，通过比较两个脉冲序列的相位和频率即可以得到跟相位差有关的输出，该鉴相器的鉴相特性为锯齿型的。

1 原理分析

当短波发射机的电子管阳极电路进行调谐时，存在于电子管栅极中的高频电压和阳极高频电压之间出现180的差值，随着阳极回路中的谐振情况以及阻抗的变化，阳极高频电压的相位也会出现不断的变化，这就会导致阳极高频电压和栅极电压之间出现的相位差不会稳定在180，有可能会大于或小于180，如果要将它们之间的相位差保持为180不变，就要调整阳极回路中的被调谐元件的量值，这一过程就称为调谐。将鉴相器运用在短波广播发射机中就能起到自动控制调谐的作用。在电路中利用磁场祸合原理，利用电流互感器能够得到阳极电压的取样，通过电阻分压方法能够得到栅极电压的取样，然后将两个电压信号进行相位比较和矢量叠加。两个要进行相位鉴别的具有方向矢量的高频信号源，在电压进行叠加后分别加到两个反向安装的二级管上，在进行检波之后，就能获得两个极性不同的直流信号。直流电桥由电阻以及二级管检波器的输出电压组成，当调谐工作完成并且两个信号源之间的相位差为90的时候，直流电桥为平衡状态。此状态具体表现为此时没有误差信号的输出。假如调谐没有完成，同时两个信号源之间的相位差不是90，直流电桥就会出现错误的信号输出，该误差信号有可能是正极也有可能是负极。但当误差的信号被放大之后，会成为调谐元件传动机构的一个驱动信号，当被调谐的元件转动至电路谐振位置的时候，此时没有误差信号输出，至此调谐的过程结束。

420C型0kW5短波发射机的高末级是使用鉴相器进行自动调谐的。其控制原理与大多数使用鉴相器的调谐系统基本相同。在电子管的栅极和屏极各取一个幅度大小合适的射频信号，分别送到鉴相器的输入端，经过鉴别，在鉴相器的输出端得到一个直流电信号。由于直流信号随着两个输入射频信号的相位差而变化，因此发射机的调谐系统依据鉴相器的输出信号对调谐元件进行调整，使调谐回路处于最佳工作状态。发射机高末鉴相器的取样，来自高末屏极和高末栅极，高末屏极取的是电压信号，高末栅极取的是电流信号。高末栅极之所以用电流取样，而不采用电压取样，是因为栅极跟屏极的射频相位相差180°。

而鉴相器为余弦型，相位差在90°的时候，电压输出为0。为了便于判断，高末栅极采用电流取样，使二者的相位差处于90°。

2 鉴相器系统存在的问题

高末栅极的取样信号干扰严重。机器在设计时，没有采取屏蔽措施，有些电阻直接暴露在高频环境当中，造成干扰很严重，导致鉴相器输出信号不稳定，信号电平也不准确。

鉴相器输出的直流信号的取样精度和速度受限制。发射机原来设计鉴相器输出信号是从鉴相器出来之后，送入1A2单元的伺服模拟处理器，以-5V为参考地进行2倍的放大后得到0～10V的取样信号，由于鉴相器正常输出在±500MV以内，而以±2.5V进行量化取样，信号的精度就降低了很多；另一方面，鉴相器信号经过1A2的伺服模拟处理器后，通过1A2控制程序，进入伺服数字处理器，经过转换之后再进入上位机，受到单片机速度的限制，使鉴相器数据取样速度受限制。

3 鉴相器的改进措施

对鉴相器输入信号进行屏蔽抗干扰处理。对于暴露在RF环境下的高末级栅极取样电阻，我们采取了必要的屏蔽措施，取样电阻被屏蔽后，取样波形有了明显的好转。

对鉴相器输出信号进行高精度量化取样处理。鉴于鉴相器本身存在的缺陷与不足，我们取消了原来鉴相器信号的传输、取样量化方式，直接将鉴相器的输出信号送往工控机（即上位机），在工控机中，使用PCL-1716模拟量采集卡进行模数转换，PCL-1716是16位A/D转换器，为提高量化精度，我们采用-625至+625MV之间的取样量化区间，采样速度为250kHz。由于鉴相器输出信号的正常幅度在±500MV以内，极大地提高了信号的采样精度和速度。

自动调谐方式的改变及鉴相器补偿。除了上述两个缺陷之外，另一个导致鉴相器的效果不好的原因是中间环节过多，速度比较慢。因此，可以将鉴相器输出信号直接送入上位机，在上位机中编写相应自动调谐程序，用以控制伺服电机的运转，进行调谐，改造后，使得调谐速度和精度都有所提高。由于频率变化，鉴相器输出都有一些不同程度的偏移，即使在不同的工作频率上，发射机处于正调谐的位置时，鉴相器输出也不能完全为零。为此，我们在程序处理上，根据鉴相器的频率特性，进行了存储数值的偏移，即在调谐时，对相应的频率进行适当补偿，从而达到正调谐的目的。

[1]蒋君章.等效鉴相器法及其应用[J].电子学报，1978（01）.

[2]郝大海.鉴相器在短波广播发射机调谐控制中的运用[J].无线互联科技，2014（07）.

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2015-12-20