调频发射机改频后引出的问题及解决方案

陈亚军

1 根据需要进行发射机改频

插花发射台转播安徽省人民广播电台一套节目的调频发射机是使用成都凯腾KFT-Ⅱ-914A型10kW调频发射机，载频为99.9MHz。该机器工作一直较为稳定，后由于省人民广播电台为了全省同频覆盖省一节目，而把省一节目的频点统一改为103.6MHz。

改频工作进行得很顺利，只是把发射机激励器的频率从99.9MHz调整到103.6MHz，对应的多工器由厂家技术人员调整到103.6MHz并调好匹配。开机试机，调整激励器输出功率，逐步把整机功率推到额定功率10kW。

2 分析调频发射机的功率不平衡问题及原因

这时激励器输出功率为12W，而在改频以前整机输出功率在额定功率时对应的激励器输出功率只有9W左右。再分别查看8路末级功放盒分别输出的功率，这8路功放相互间的功率差异也较为明显，最大值与最小值相差近200W。很明显，在改频后同样的输出功率需要更大的激励功率，这种表象下面可能存在以下两种情况。①当初订购这部发射机时是按照99.9MHz订购的，厂家也是按照工作频率99.9MHz来调整各末级功率放大器的增益、匹配等，现在工作频率由99.9MHz变为103.6MHz，工作频率相差近4MHz，所以在103.6MHz的工作频率下部分放大器的增益下降，而部分放大器的增益则可能变大。②在新的工作频点下各放大器的增益不相同，各放大器输出功率在合成时产生很大的不平衡功率消耗在吸收负载上，使整机输出功率下降。基于上述原因，首先对各合成器的吸收负载进行检查，通过检查发现，各合成器的吸收负载都发烫，而且相应的吸收负载由于过热而使它们的热保护开关吸合，负载上的散热风扇都已经启动，在正常情况下这些风扇是不该启动的，这说明放大器的输出功率很大一部分已经消耗在吸收负载上了。该发射机功率分配、合成器全部采用3DB正交分配、合成。

原理图如图1所示，在合成器的吸收负载上如出现较大的消耗功率，只有两种可能，即合成端输入功率严重不平衡或合成端输入功率相位差较大。打开所有吸收负载盒盖，用数字万用表直流电压档分测吸收负载R1、R2、R3、R4上的电压值，分别约为1.58V、1.33V、1.4V、1.6V，而R5、R6上的电压更是接近8V，而这些吸收负载上的电压值对应功率等级约是0.1V相当于10W功率量，R7是外置1000W/50 Ω负载，不易测量其电压值，从发热情况来看，估计也不会小。R1～R8都是800W/50 Ω微带电阻。从实际测量的电压值来看，在各个吸收负载上消耗的功率都已经远远超出正常值范围，如果在这种状态下长时间满功率工作，很容易把吸收负载烧毁，从而造成技术事故。在正常或者说在理想工作条件下，由激励器送入的功率信号，经过3级3DB正交分配，完成1∶8等幅正交分配给功率放大器1～8，如图1所示，每个功率放大器由6块300W以BLF278为核心的放大模块合成，所以每一块放大器最大功率能推到1500W，由这8块1500W放大器对输入信号功率放大后分别输出功率信号P1～P8，这8路功率信号又两两一组再进行正交合成，分别合成出P9～P12，再两两正交合成，分别合成出P13、P14，最后由P13和P14正交合成输出。如果这8路放大器的输出两两一组能严格保持正交相位关系并且各放大器的增益相同或接近的话，那么在各个吸收负载上就不会产生消耗功率或有很小的消耗功率。

现在该频后各功放的输出功率相邻间出现较大差，即合成器输入不平衡，其合成输出功率值因消耗而变小的同时，其矢量相位也会出现一定的超前或滞后。以第一路与第二路功放输出功率合成来看，这种因输入功率不平衡而造成合成输出功率信号相位移的情况。如图2所示，如果第一路功放输出功率P1与第二路功放输出功率P2等幅正交的话，它们合后，它们的合成功率应为P9，现在改频后由于它们的功率增益不同，所以它们的输出功率相差近100W，把改频后第一路输出功率记为P1’，且第二路输出功率不变仍为P2，P1’＜P2，这时它们的合成功率就是P9’了，从图2很明显可以看出，P9’已经滞后P9，产生θ°相位移。同理，第三路与第四路功率放大器的输出功率P3和P4在合成后输出的合成功率P10也会产生一定的相位移，即改频后的P9和P10间的相位相互之间不会再是正交关系，再加上现在这两者之间的功率差别，故它们再进行功率合成时，就会在吸收负载上产生很大的损耗，而且合成后的功率P13矢量相位也同样会发生偏移。以此类推，就能确认第五路功放与第六路功放的输出功率P5和P6在合成后输出的合成功率P11，第七路与第八路功放的输出功率P7和P8在合成后输出的合成功率P12都出现了一定的相位移，故P11和P12再进行合成后也在吸收负载上产生很大的损耗，它们的合成功率P14的矢量相位也超前或滞后改频前的相位，这时P13和P14也不可能保持正交的相位关系，而且这时它们的功率等级已经很大了，它们再进行末级合成时，就会在吸收负载R7上产生更大的消耗功率，这一点可以从吸收负载发烫得到证明。

图1 功率分配与合成

图2 功率相量合成图

发射机改频后在引起各个功率放大器增益差的同时，还会使合成前的功率信号P1～P8引入附加相位差。如图1所示，输入激励信号由1∶8分配后变成8路严格保持正交关系的功放输入信号，这些输入信号由1#～8#信号线送入相对应的功率放大器，每路放大器内是由6块BLF278为核心的放大模块合成，因功放管BLF278输入、输出特性的差异，所以它们的管口阻抗匹配网络是有差异的，这些匹配网络是由LC电路组成的，相同频率的射频信号通过不同的LC网络肯定会产生不同的相位移，正是基于这点，厂家在调试机器的时候也考虑到了这种情况，他们采用的办法就是对不同的功放进行相位预校正，具体的做法很简单，就是针对不同的功放配置不同长度的信号输入线，所以1#～8#这8根输入信号线的长度是不同的，厂家的调整都是基于99.9MHz这个频点调整的。现在发射机改频到103.6MHz后，这个频点的射频信号经过功放内的基于99.9MHz调整的LC阻抗匹配网络时，就会产出新的附加相位移，原有的相位预校正就无法对现有的相移进行预校正了。所以，改频后，即使各个功放模块的输出功率相差不大，由于功放引入的附加相移，会使这8路功率信号经过三级两两正交合成后肯定会在吸收负载上产生很大的消耗功率，从而使整机输出功率下降。

3 根据实际情况逐一调整功放

经过以上的分析后，在没有专业仪器的情况下，着手对发射机进行调整，调整的方法不复杂，但时很繁琐、耗时。首先调整各个功放器是功率，尽量使它们的输出功率一致或接近，特别是尽量减小相邻功放的功率差，由于其内部的功放模块无法调整，就调整各个功放的预放的增益，每个功放盒的预放管的偏置电阻都外置在功放盒的后面板，易于操作。把功率大的降一点，功率小的升一点，反复调整后，使各个功放的输出功率差尽可能地小。调整完毕后，这时再用数字万用表直流电压档测量R1～R6上的电压，测量的电压值比调整前都有大幅地下降，其中R1～R4上的电压最大值不超过1V，R5、R6上的电压最大也不超3V。最后是调相，即调整功放输入信号线的长度，进行相位预校正，具体方法以第一路与第二路为例加以说明，一组一组地调。先做一根比1#线短约1cm的信号线替换原1#线，使第一路功放相位预先超前，接好后开机，测量R1上的电压值，如果变小，说明第一路功放功率信号相位滞后第二路功放，具体滞后多少度，需要进一步调整信号线长度，直到R1上电压值最小；如果R1上电压值变大，说明第一路功放相位超前第二路功放，这时恢复原1#线，把2#线也用略短一点的信号线替代，开机，再测R1上的电压，调整2#线的长度，直至时R1上的电压最小为止。其他三组调整方法相同，经过反复调整后，实测R1～R4上电压最大值不超过0.25V，R5～R6最大值不超0.85V，R7上的电压无法测量，开机一段时间后，用手摸其表面温度有温热感，属正常范围。

调整工作结束后，激励器输出功率7W，整机输出功率9.6kW。至此，改频工作才算是圆满结束。