全固态PDM3KW发射机改频技术研究与实践

张南

(河南广播电视台许昌中波转播台，河南许昌，461000）

1 发射机改频概述

我台播出1521KHz频率节目使用的是海纳广播通讯设备有限公司生产的PDM 3KW发射机，主要由音频电路、射频电路、控制电路及电源部分等组成。其中，射频电路系统主要由高频激励器、调谐回路、末级输出网络构成。由于音频电路、控制电路及电源部分等工作与载波频率无关。因此，全固态PDM 3KW发射机的改频研究主要是对它的高频激励器、中间放大器、中放调谐、载波通道、T型网络、带通滤波器进行改造以及天调网络的匹配调整。使用的设备主要有数字频率合成器一台、示波器一台、网络分析仪一台、数字万用表一台。

2 发射机射频系统改造

2.1 高频激励器改频

使用直接数字频率合成器代替高频激励器。通过设置频率合成器小盒中的频率设置开关S1、S2、S3、S4分别设置工作载频的千、百、十、个位数值[1]。因预置频率为1557KHz，则其频率设置开关S1、S2、S3、S4分别设置为0001、0101、0101、0111 即可，其中“1”置“ON”位置，“0”置“OFF”位置。用示波器检测其输出波形，发现图形为4.8VP-P方波，处于4.5VP-P～5VP-P之间，符合要求。

2.2 调谐回路调试

调谐回路是指中间放大器和功率放大器之间的回路。中间放大器的场效应管输出的是方波，而末级的功率放大器需要的是正弦波推动，调谐回路的主要作用是滤除方波中的谐波分量，输出符合要求的正弦波，并使中放的负载阻抗为纯电阻[2]。

2.2.1 中间放大器

在发射机中间放大器电路中，电阻R6是一个可变电阻，可以调整电路在载波状态下的占空比。预置频率1557KHz设置完成后，发射机开机，用示波器测量中间放大器N2端6脚处（10、12、15脚也可以）的输出。经查看，R6载波状态的占空比为0.5，符合要求。

2.2.1 中放调谐

中放调谐电路如图1所示，主要由L1、C1组成串联谐振电路，串联谐振对载波频率是一个低阻值的电阻；L2与调制/功放所有功放模块的总输入电容组成并联谐振，使中间放大器的负载阻抗变为较大的纯电阻，中间放大器只要用较小的输出电流即可推动全部的功率放大器。

图1 中放调谐电路简图

调整C1、L1的串联谐振，用示波器测量XS1-3，输出的信号为正弦波。此时，调整L1，使示波器的显示幅度最大；调整L2，仍用示波器测量XS1-3，使示波器的显示幅度达到最大。这样，中间放大器的负载阻抗变为了纯电阻。经测量，功放250的栅极电压VGS=28VP-P，结果合适。这样，中放调谐调试完毕。

2.3 末级输出网络调试

PDM 3KW发射机末级输出网络（见图2）主要起到调谐、滤波和阻抗匹配的作用，如果这块调试不理想，将严重影响发射机的工作效能[3]。

在图2中，1L1、1C1串联谐振于载波频率，通过调整1L1，使得功率放大器的负载阻抗为纯电阻，从而克服了合成变压器和功放输出变压器以及1L2带来的漏感影响。1L2和1C2并联谐振于载波频率，1L2用于调整阻抗匹配。阻抗微调电路由两个串联臂1L3、1C3与1L4、1C4和并联臂1L5、1C5组成T型匹配网络，其中1L5和1C5为三次谐波陷波器。1L3、1L4调整发射机负载阻抗与标准阻抗发生的偏差，使反射功率下降为零。

2.3.1 网络元器件调整

根据公式f0=1/2πlc可知，若要频率1521KHz改为1557KHz，只需调整L、C参数即可，其中电感L可通过抽头调整，只需更换电容元件[4]。因改频前后频率变化不大，我台没有更换网络电容，仅通过调整电感抽头来得到目标频率。

2.3.2 三次谐波调整

使用网络分析仪设置三次谐波，即三倍本振频率为4671KHz。将图2中C点与1L3、1L4的连接断开，用网络分析仪连接1L5与地之间部分。调整1L5和1C5，测量两者组成的串联谐振，使其谐振频率为4671KHz。观察网络分析仪参数实部、虚部数值，当实部和虚部均为0Ω时，1L5和1C5串联谐振于三次谐波。此时，固定好1L5抽头。

2.3.3 T型网络调整

输出端D连接50Ω假负载，重新连接图3中C点，断开图2中B点，用网络分析仪测B点T型网络阻抗。先调整1L4来调节实部，再调整1L3来调节虚部。经过反复调整1L4、1L3，使其阻抗趋于实部为50Ω、虚部为0Ω。此时，固定好1L3、1L4抽头。

2.3.4 带通滤波器调整

（1）断开图2中B点以及1L2的抽头2，用网络分析仪测试1L2、1C2并联谐振电路。调节1L2的抽头1，使网络分析仪参数相位φ约为0°，1L2、1C2并联谐振于载波频率。此时，固定好1L2的抽头1。（2）重新连接图2中B点以及1L2的抽头2，输出端接50Ω假负载，用网络分析仪测试A点输入阻抗。调节1L2的抽头2，使A处阻抗实部趋于合成变压器输出电阻30.50Ω；再调节1L1，使A处阻抗虚部趋于合成变压器输出电阻-j5。此时，固定好1L1抽头、1L2的抽头2。至此，PDM3KW发射机末级输出网络调试基本完成。

检查所有元器件安全可靠后将其紧固，连接假负载开机。分别以半功率和小功率运行20分钟，经观察得知，各项参数均在合理范围内，且元器件温度正常。2小时后再次检查，无其他故障。PDM3KW发射机射频电路系统改造成功。

3 发射机天线网络调整

3.1 天线网络调整

目前，我台共有南、北两个发射塔，分别采用1098KHz和1521KHz、927KHz和1287KHz的双频共塔天调网络模式，铁塔高度76米。在设计天调网络时，目标频率1521KHz用的是3KW的发射机，对927KHz和1287KHz的影响较小，没有对北塔设计阻塞网络。因此，在对PDM 3KW发射机天线网络匹配中，我台仅对南塔天调网络（见图3）进行调整。

在网络调整的过程中，以南塔天调网络阻抗为主，根据“实部为主、为先，虚部调试为辅、为后”的原理，利用网络分析仪进行反复调整[5]。具体做法如下:（1）断开馈线端；（2）从L12、C8间断开，从L13、L16间断开，断开C8与L13，用网络分析仪夹子连接，使C8与L13组成串联谐振。调整L13，使虚部为0，实部越小越好；恢复C8与L13连接，使其成为阻塞1557KHz；（3）断开 L1、C1和 L2、C2间，使 L1、C1组成串联谐振，调整L1，虚部为0，使其阻塞557KHz；（4）断开L10，另一端接地，调整L10，使其阻塞1098KHz和927KHz。

3.2 开机试播

南塔匹配网络调整后，将发射机转换到天线播出，开低功率，热调，观察发射机各表头指示，无异常。之后，开满功率，查看发射机槽路和天调网络，无过热和打火现象。PDM 3KW发射机从1521KHz到1557KHz的改频工作圆满成功。

4 结论

图2 末级输出网络简图

全固态PDM 3KW发射机改频完成后，经过发射场强测试，改频后的发射机各项指标符合厂家要求，达到了我台的预期指标。不仅消除了节目干扰源，取得了良好的播出效果。

在整个改频中，由于我台事先组织得当，前期技术分析和方案论证成熟，实施的各个环节准备充分，不仅为节目的正常开播争取了时间，而且为我台节约了数万元设备购置资金，进一步使我台人员熟悉了全固态发射机的设计思想和工作原理，提高了我们对电路分析实践的能力，为今后发射机设备维护和资源再利用提供了直接的经验。

图3 南塔天调网络图