中波数字调幅发射机VSWR保护电路分析与故障检修

卢 静，胡文睿

（河南省信阳中波转播台，河南 信阳 464000）

中波数字调幅发射机VSWR保护电路分析与故障检修

卢 静，胡文睿

（河南省信阳中波转播台，河南 信阳 464000）

DX系列中波发射机在日常工作当中，经常会发生驻波故障。文章着重介绍VSWR保护电路工作原理和造成驻波故障的原因以及故障检修方法，供技术人员在维修实践中参考。

中波数字发射机；VSWR保护；故障检修

1 驻波故障研究背景

在日常维护工作中，会经常遇到驻波故障发生，该类故障占有较高的比例，多种原因都会产生驻波故障，故障发生时发射机会呈现不同的故障状态。比如，VSWR状态指示“故障”闪现在大约半秒钟，然后回到“正常”，或者VSWR的LCD呈“故障”，“降功率”指示灯闪亮，PA电流和功率表读数降低，在10～30 s内，“降功率”指示灯会熄灭，输出功率和PA电流维持在一个比正常功率低的输出功率值上，如果故障比较严重，发射机会再低输出功率，发射机升功率按键指令无效，在这种情况下，电压驻波比故障源必须修复，才能满功率工作。

如何根据发射机所呈现不同的VSWR故障状态，查找判断驻波故障源，首先要对VSWR保护电路工作原理比较了解，然后才能进一步分析故障产生的原因，并通过长期维修实践，不断积累和归纳产生驻波故障的各种因素，从而为技术人员在检修此类故障时提供全面而准确的判断。

2 VSWR保护电路工作原理

如图1所示，在DX系列发射机输出监测板电路中，有2套几乎相同的电路，分别是天线驻波检测和保护电路，滤波器BPF驻波检测和保护电路。

2.1 天线VSWR保护电路分析

天线VSWR保护电路在图1中由天线VSWR相位检测比较器N1（LM360)，VSWR触发器N3A（74HC123）及相关元件组成。

天线VSWR相位检测器包括输出检测板上的电流取样（电流取样变压器T1和电阻R1，R2），电压取样（取样分压电容C3，C4），相位幅度调节器（L9—L12）和电流取样电路中的L4，电压取样电路中的L15，相位检测器中的T2及并联谐振元件（C13，C14，C15，L51，L5和L10）及检波二极管VD7和VD8构成。当天线调配正常时，RF电压、电流取样信号等幅同相。

T2初级、次级均无电流，VD7，VD8无输出信号，当调配不当时，VD7，VD8输出一定直流信号，天线的行波系数（或驻波比）越差，其输出的直流电压越大。

相位检测比较器N1是超高速差分比较器（LM360），R11，R15构成分压器，电压调节范围0～3.4 V，通常调为3 V以上，作为设定的门限电压送到电压比较器N1的同相端，相位检测器输出的信号送到电压比较器的反相端。当调配正常时，检测器输出电压为零或很小，N1输出TTL高电平（3 V以上），当失调且检测器输出电压值越过设定的门限电压时，N1输出TTL低电平（小于0.4 V）。

手动驻波比保护。N1的反相端（XJ8）还有两路信号线，一路接到驻波比故障模拟，它通过S1（天线驻波比检测按钮）可以切换到5 V电源，当作驻波比故障模拟实验时，XJ8经过S1接通5 V电源，比较器N1输出TTL低电平。

驻波比保护环路自检。N1的反相端还有一路信号来自驻波比环路自测（V8回路），发射机在每次开机时，机器设有驻波比环路自检功能，自检的结果在指示单元中用“状态”发光二极管显示，绿色为正常，红色为故障。在输出监测极上，自检的低信号使三极管V8，V9导通，将两个驻波比保护比较器的同相端拉到5V，模拟驻波比故障。设置驻波比自检电路的目的是一旦驻波比保护失灵，显示故障状态，从而避免危及功放模块和其他元件。

与门N2（74LS08）。天线和滤波器各有一个相位检测器，其输出接到N2的输入端。N2的型号是74LS08（四重2输入门），只要两个相位检测器有一个为低电平时，与门输出为低电平，该信号为功放关闭-L信号送至调制编码器，关断所有的功率模块，这些信号发生在VSWR检测出故障后1 ms内。

单脉冲发生器N3。相位检测比较器输出的信号除了这一路到与门外，同时也送出一路信号到单脉冲发生器N3A，N3的型号为74HC123，是双可再触发单稳态多谐振荡器。当驻波比正常时，相位比较器送出高电平，当驻波比过大时，相位比较器输出低电平，该下降沿触发单稳器输出脉冲，本单脉冲发生器的输出脉冲引自QQ，因此驻波比过大时，它输出负脉冲，其脉冲宽度取决于R13，C22的时间常数，本电路的输出脉冲宽度为14 ms，负脉冲送到LED板（A32）上的驻波比保护和过荷逻辑电路。故障和过荷电路发出的VSWR关断信号和比较器输出调制编码板的信号相比慢一些，事实上在故障和过荷电路动作之前，送到调制编码板的信号已经恢复正常，每个VSWR触发器的输入都有一个RC延时电路保持调制编码板的输入为低电平，使功率模块关断1.5 ms，直到故障和过荷电路发出“功率关断”信号。

图1 输出监测板工作原理

相位检测比较器外围元件的作用。二极管VD10，VD11，VD15，VD16在瞬态保护比较器。R-C网络（R7，L17，R10），因为发射机的输出在送到编码板的信号控制下判断很快，射频信号随之消失使驻波比过大信号很短，用一个时间常数为

2.2 ms的R-C网络将VSWR过大信号延时，使输出的低电平信号时间大于1.5 ms。原理是通过小电阻R7，鉴相器输出为C17很快充电，电容通过R10放电则较慢，使得即使鉴相器输出变低后，比较器输出保持低电平长于1.5 ms，以保证其他的保护电路正常工作。

2.2 带通滤波器驻波比保护电路

带通滤波器驻波比保护电路和天线驻波比保护电路工作原理基本相同，应当说明的是，带通滤波器保护电路的取样元件的位置靠近带通滤波器，而天线VSWR的保护电路取样元件靠近阻抗微调电路。

带通滤波器VSWR电路可检测出发射机输出网络与合成器内任何地方的驻波，输出网络元件故障时，发射机会得到保护。带通滤波器VSWR同时可检测出天线负载的变化，但是它的灵敏度设置较低，天线VSWR首先由天线VSWR电路检测出来，然后再由带通滤波器VSWR电路检测出来。

2.3 VSWR保护的判断

根据上述VSWR保护电路的分析，VSWR保护是分二级保护进行的。VSWR保护首先就是试图消除故障，通常可通过将发射机输出功率在一段时间内降到零来消除，这个零输出功率是通过调制编码器的作用将所有PA模块关闭来实现的。在故障发生在20 ms内，发射机“喀嗒”或“砰”声，一般是注意不到的，如果VSWR故障几次都不能通过关掉PA模块在短时间内消除，发射机会降功率。

（1）第一级VSWR保护。

现象：VSWR的LCD呈“故障”闪现，载波幅度落到半功率然后回到正常功率，电波中可听到一轻微的“喀嚓”或“砰”声。

动作：这是VSWR保护的第一步，VSWR保护电路检测器在不到1 ms内检测出VSWR故障，然后将发射机射频输出关掉大约20 ms或更短。VSWR状态指示“故障”闪现大约半秒钟，然后回到正常，如果大的VSWR条件不再存在，则不会采取下面的动作。VSWR的LCD不会停在“故障”，是因为这不是一个严重的VSWR状态，只要这种故障的周期不到1 s，这种类型的驻波比动作会不定期地发生。

（2）第二级VSWR保护。

现象：VSWR的LCD呈“故障”，“降功率”指示灯闪亮，PA电流和功率表读数降低，在10～30s内“降功率”指示灯会熄灭，输出功率和PA电流维持在一个比正常功率低的输出值上。

动作：VSWR传感器已检测到一个严重的VSWR故障，试图用第一级驻波比保护，但是故障连续不断存在，时间超过1 s。降功率指令发给发射机，使之维持在仍能运行的功率电平上工作。在发出升功率指令（人为）前，功率电平会维持在那儿。如果故障仍然存在，发射机会再降功率，而忽视升功率指令（如果这时按升功率按钮）。这种情况下，电压驻波比故障源必须修复，否则发射机不能满功率工作。

3 VSWR故障原因与检修

造成VSWR故障的原因多种多样，既有天馈系统等外界因素引起，也有发射机输出网络元件损坏等内部因素引起，另外VSWR保护电路比较器门限参数设置不当或者处于设置临界状态，也会造成VSWR故障。所以在检修排除VSWR故障时，做出针对性的准确判断，才能事半功倍。

3.1 可能引起天线VSWR过载的原因

引起VSWR过载的原因大致有3类：一是发射机系统或天馈线系统放电引起；二是瞬变信号从天线系统反馈给发射机输出而引起；三是元器件故障造成发射机负载阻抗变化而引起。

3.1.1 引起放电的原因

①真空电容器损坏：VSWR过载很可能在某一功率电平或调制下出现。

②放电球间隙放电：发射机输出网络放电间隙、天线切换装置、天调网络放电间隙、铁塔放电球和拉线绝缘子两端都可能因静态电荷积累或雷电引起放电。静态电荷积累放电也会出现在绝缘的拉线段上，一般会出现在雷雨、风沙、积雪期间或之后。一旦电弧出现，发射机输出功率会维持这个电弧，发射机功率断掉后，电弧会消失。正确的安装天线系统内的排水和设置放电装置间隙能减少VSWR过载，但不能消除。

③绝缘表面的灰尘积累或潮湿（包括水雾凝结的水滴）引起耐压值降低：VSWR过载多半会出现在调制峰值。

④传输线内凝结水滴引起传输线耐压降低：如果在传输馈管内的加压气体压力下降，或其气体湿度过大时，可能引发这种情况，VSWR过载多半会出现在调制的峰值。

⑤在新系统中，元件（如电容器）或绝缘子耐压不够，或放电间隙设置太近也会引起VSWR过载。

3.1.2 瞬变信号的可能原因

瞬变信号的引入通常发生在雷、雨天气以及某些情况下来自远处的闪电冲击。雷击会导致塔内电流在传输线上引起电流，该电流能到达相位检测器并给出电压VSWR过载信号。

其他内部信号同样能导致天线系统内足够大的电压和电流。它仍能由相位检波器检测出来，并引起VSWR过载，解决这个问题可在天线阻抗匹配网络上安装陷波电路或滤波器。

3.1.3 负载阻抗改变

发射机输出网络和天调网络中元件损坏（电容或电感线圈）均会造成负载阻抗发生变化，从而引起VSWR过载。另外，在发射机初次接入天调系统时，前面板LCD显示屏的反射功率指示和“天线零位”指示是天线工作阻抗的最好指示，发射机负载阻抗的变化会改变“天线零位”指示，同时不同程度地改变发射功率指示，应使用阻抗电桥检查测试负载负抗并作校正。

3.2 带通滤波器VSWR故障

在正常工作时，如果一个短暂VSWR发生，例如由雷电或天线系统内静态放电引起的VSWR过载，天线与带通滤波器指示都会闪烁，天线VSWR电路设置在带通滤波器电路前一点。如果只是带通滤波器指示灯闪烁，表明输出网络有问题，或者是输出监测板上某零件失效以及与输出取样板之间连接排线接触不良。

如果由于元件故障引起输出网络出现问题，带通滤波器VSWR电路会保护发射机直至损坏元件被替换。注意在此之前，不要试图进一步提高功率，也不要改变调谐或负载调节旋钮。

4 结语

发射机在日常工作和维护中，发生VSWR故障的概率较高，产生的原因也很多，但只要掌握VSWR保护电路的工作原理，并在日常技术维护工作中细心观查，积累检修经验，查找和排除此类故障并不困难。简单总结而言就是在出现驻波故障时，首先要判断和确定引起故障的大致位置。如果发射机多功能指示表上“天线零位”和“滤波器零位”都偏大，说明VSWR故障出现在在天馈系统上；如果“天线零位”正常而“滤波器零位”偏大，说明VSWR故障出现在输出网络上；如果两个零位指示都正常，升功率时有打火现象，说明故障很可能在功率合成部分；如果两零位都正常，升功率时没有打火现象，那么故障就在输出取样板，输出监测板或逻辑检测及状态显示板上。

[1]张丕灶.数字式调幅中波发射机[M].厦门：厦门大学出版社，2002.

[2]庄涛，卢光辉，冀晓鸽.数字调幅中波发射机故障汇编330例[M].北京：光明日报出版社，1900.

[3]佚名.DCM25KW数字循环调制中波广播发射机技术说明书[Z].哈尔滨：哈尔滨广播器材有限公司，2013.

Analysis and trouble shooting of medium wave digital AM transmitter VSWR protection circuit

Lu Jing, Hu Wenrui
（Henan Province Xinyang Medium Wave Relay Broadcast Station, Xinyang 464000, China）

DX series medium wave transmitter in the daily work, often encounters standing wave fault. This paper mainly introduces the working principle of VSWR protection circuit and the causes of standing wave fault and the trouble shooting methods, to provide some experience for technical personnel in practical maintenance.

medium wave digital transmitter; VSWR protection; trouble shooting

卢静（1988— ），女，河南信阳，本科，助理工程师；研究方向：中波无线覆盖。