Flexiva FAX调频发射机APC原理分析

何 雨

（作者单位：湖南省南岳电视调频发射台）

Flexiva FAX系列调频风冷全固态发射机（以下简称“FAX系列”）是GatesAir（原Harris）的高性能高功率发射机，该系列发射机具有极高的功率密度，因此机器小而紧凑；同时兼容数字与模拟同频广播，可以4种模式工作：FM、FM+HD Radio/CDR（调频+数字）、HD Radio/CDR（全数字）、DRM（中短波数字广播）[1]。

本文以Flexiva FAX 10 kW机型为例，尝试分析该系列的自动功率控制（Automatic Power Control，APC）原理与故障原因。

1 FAX系列发射机APC简介

发射机APC是整个发射系统中的重要一环。正常状态下，APC可以将发射机的输出功率稳定在用户设定值的±0.25 dB范围内。同时，在出现故障的情况下，APC可以综合各路信号与参数后启动部分保护机制。当然，某些故障可能会导致系统APC关闭，发射机以不良状态运行，APC开启与否可以在前面板STATUS上查看。

Flexiva FAX 10 kW发射机的APC模块位于系统接口板中（10 kW型的系统接口板位于电源仓旁,大于10 kW的发射机APC模块位于多单元接口板上），系统接口板的外观如图1所示。

图1 系统接口板

实际维护工作中，可以将此模块抽出。下面将结合实际使用经验具体分析Flexiva FAX 10 kW的APC原理，结论也可推及Flexiva FAX系列其他型号的发射机。

2 Flexiva FAX 10 kW发射机APC基本原理

FAX系列APC原理框图如图2所示。

图2 FAX系列APC原理框图

从框图中可看出，APC在发射机中受到多种信号控制，包括功率控制参考信号、正向功率、反射功率/驻波比、正向功率限制信号及射频静音信号等，APC综合它们后会将一个APC OUT信号传送给激励器或者中级功率放大模块（Intermediate Power Amplifier，IPA）。

FAX系列发射机有两种APC模式，DRIVE模式（APC信号送入激励器）和IPA模式（APC信号送入IPA），一般情况下，可由用户自主选择具体模式，并且可在前面板液晶屏查看当前所选模式[2]：STATUS＞SYSTEM＞APC MODE（见表1）。但是，如果安装的激励器不是GatesAir激励器，且该激励器不带外部APC输入接口，则无法选择DRIVE模式[3]。

表1 发射机部分操作与设置

2.1 功率控制参考信号

控制显示板（位于发射机前门背面）的微处理模块产生一个功率控制信号，该信号传输至APC电路中作为APC控制功率的参考电平，叫作功率控制参考信号。正常情况下，它是控制发射机功率输出的主要因素，在图中标注为PWR_CTRL_REF。10 kW机型的参考信号电平范围为0～4 VDC，对应发射机整机功率范围0～11 kW。在进行出厂功率校准时，测定整机输出功率为10 kW时，应将该信号电平设定为3.5 VDC。

系统接口板在以标准模式运行时，用户可以通过控制显示前面板的RAISE/LOWER按键来改变PWR_CTRL_REF的大小，以控制输出功率的大小，用户不进行任何改动和操作时，该信号电平值会保持不变[4]。正常情况下，PWR_CTRL_REF的值和APC REF相等，APC REF和APC OUT可以通过前面板液晶屏查看，具体方法见表1。

2.2 备份控制基准信号与备份控制模式

FAX系列发射机的系统接口板可应用在两种控制模式下：标准模式（Normal）和备份控制模式（Backup Control）。通过液晶面板STATUS＞SYSTEM＞CONTROL MODE可以查看处于哪种模式和如果处于BACKUP模式，系统接口板的BACKUP MODE指示灯会亮黄色以警示用户[5]。

BACKUP备份控制模式下，控制显示板上的微处理器模块与系统接口板上硬件控制系统断开，一些自动化的工作模式将无法使用，但不会中断发射机的基本运行，因为保证发射机工作所需的额外硬件位于系统接口板上。

对于APC来说，在标准模式下，由微处理模块产生参考信号以控制发射机输出功率。但一旦进入BACKUP模式，微处理模块与系统接口板硬件控制系统断开，APC就失去了参考信号，这个时候系统接口板上的备份控制基准电位器产生的备份控制基准信号就变为APC的参考信号，备份控制基准信号在图中标注为 Backup Control Ref。

备份控制基准信号预设值为3.5 VDC，与PWR_CTRL_REF一样，对应10 kW的输出功率，所以控制模式因手动或者因故障自动从标准模式切换到备份控制模式后，发射机输出功率默认变为10 kW。若需要改变备份控制基准信号的电平值时，工作人员可以通过系统接口板面板上的PWR SET电位器来调整，进而改变备份控制模式下的输出功率。

备份控制模式下，前面板的RAISE/LOWER按键对功率调整来说已经失效，它无法改变APC REF和APC OUT的值，更无法改变整机输出功率，原因如下：

FAX系列（自带激励器）的功率驱动模式是“控制显示板微处理模块产生参考信号→系统接口板综合参考信号及其他信号→产生APC OUT信号→激励器/IPA射频功率升降→发射机整机输出升降”这样一个流程，RAISE/LOWER健只能改变微处理器产生的参考信号的大小，而不能直接改变激励器或者IPA的射频大小，更不能直接改变输出功率大小。一旦控制模式变为备份控制模式，备份基准信号会变为参考信号，它不受微处理器的影响，所以前面板功率升降无法改变输出功率。

虽然RAISE/LOWER无法调整功率，但它仍然可以改变微处理模块产生的参考信号PWR_CTRL_REF的大小。当发射机由备份控制模式重新变为正常模式时，微处理模块重新与APC模块连接，PWR_CTRL_REF进入APC电路，并取代备份基准信号成为APC参考信号，其值恢复为PWR_CTRL_REF调整后的大小，RAISE/LOWER键也重新恢复功率升降的功能。

2.3 其他控制影响信号

APC模块除了处理功率控制参考信号与备份控制基准信号两个直接影响输出功率，还受到其他多路信号的控制。

2.3.1 正向功率采样信号（FWD Sample）

发射机在正常状态且无用户改变设置与操作时，APC电压随正向功率的相反方向变化。例如，正向功率非人为增大时，正向功率采样信号增加，APC电压降低，从而降低激励器的功率，直至发射机功率降低至设定值，手动操作升降功率不能套用该规律。APC之所以能将输出功率稳定在用户通过RAISE或者LOWER所设定的功率的±0.25 dB范围内，正向功率采样信号起了非常大的作用。

2.3.2 正向功率限制信号（Forward Limit）

正向功率限制信号被直接送入一个比较器的反向输入端，与门限信号Vref相比，当正向功率超过标称输出功率的110%（11 kW）时，二极管导通，APC送入激励器/IPA的电压将降低，以限制发射机提升功率。

2.3.3 驻波比/反射回退信号（VSWR Foldback）

VSWR在系统接口板上有两个门限值，功率回退门限和故障门限。

功率回退门限值在10 kW型上的预设值和备份控制模式下的预设值均为1.3，即驻波比大于1.3时，将降低发射功率，该值可以在WEB端的GUI界面上调整设置，范围为1.3～1.5。

故障门限值为1.5，如果驻波比超过1.5，复位锁将发送一个系统故障OFF指令至微处理器，同时给APC发送射频静音命令。控制器将进行3次让发射机回到正常功率播出的尝试。在3次尝试后，如果发射机依然不能自启，则需要用户进行干预，以恢复播出。

2.3.4 射频静音（也称作MUTE）

射频静音并非播出的节目静音，而是指无输出功率。导致射频静音的原因有很多，包括TX OFF指令、远程遥控、故障产生等。MUTE信号也能影响APC。

3 结语

FAX系列发射机的APC机制能综合发射机的发射功率、反射功率、部分故障等信息实时稳定功率输出，以APC为核心的“控制显示板→系统接口板→APC→激励器/IPA→功率输出”的功率驱动模式能很好实现功率控制自动化，具有较高的先进性。而且，熟悉整个APC结构可以让用户维护时快速地定位问题所在，如发射机出现输出功率不稳定的情况时，可以检查系统接口板是否存在故障。