大功率短波发射机VSWR保护及原理分析

文/于宾

1 发射机中的VSWR简介

在发射机射频电路中存在带有能量的信号，这部分信号主要是从信号源产生，并接入到具有特性阻抗的传输线ZO当中，该信号的负载输入阻抗为ZL。如果想要实现从信号源至负载传输功率最大化的目标，那么有特性阻抗的ZO就需要与输入阻抗ZL相等，否则射频电路中仅会有部分能量被负载吸收，剩余的部分则会被反射回信号源。可对ZO进行如下定义：传输线上任意一点的电压与电流的比值，由该定义可知，传输线上的信号由两个部分叠加而成，一部分是入射信号，另一部分是反射信号，通常情况下，这两部分信号的幅值并不相等，叠加后的波形为行驻波，它的特点体现在如下两个方面：一方面是位于波腹处的振幅为入射与反射信号峰值电压的和，另一方面是位于波节处的振幅为入射与反射信号峰值电压的差，具体如图1所示。

而VSWR为电压驻波比，可将其定义为：行驻波中，波腹处与波节处峰值电压的比，可用下式表示：

2 大功率短波发射机VSWR保护电路原理

2.1 保护电路分析

在大功率短波发射机当中，带有滤波器的VSWR保护电路的工作原理与天线VSWR保护电路的工作原理基本相同，唯一的区别是前者取样元件的位置与带通滤波器的距离比较近，而后者则与阻抗微调电路的距离比较近。借助带有滤波器的VSWR电路能够对发射机输出网络与合成器内任意一点的驻波进行检测，当发射机输出网络中某个元器件发生故障问题后，VSWR保护电路会对发射机起到有效的保护作用。同时，带有滤波器的VSWR电路还能对发射机天线的负载变化情况进行检测，但由于带有滤波器的VSWR电路的灵敏度相对比较低，所以需要先由天线VSWR进行监测，然后再由带滤波器的VSWR电路完成后续的检测工作。

2.2 两级VSWR保护

通过对VSWR保护电路的分析可知，在大功率短波发射机当中，VSWR保护分为两级。对于发射机而言，VSWR保护电路的主要任务是消除故障，实现方法是在某一段时间内，利用调制编码器关闭PA模块，从而将发射机的输出功率降至零。如果发射机出现故障，在20ms内机器会发出异常的响声，如喀哒、砰等，这个声音通常很难被操作人员发现，当VSWR故障几次都无法通过关闭PA模块消除时，发射机便会自行降低输出功率。

2.2.1 第一级VSWR

具体的故障现象如下：VSWR保护的LCD呈现出故障闪现的情况，此时载波的幅度会瞬间降至半功率的状态，随后会快速恢复至正常功率，在这一过程中，能够从电波中听到比较轻微的响声。当以上故障现象出现时，便会触发VSWR保护动作，即VSWR保护电路检测器会在1ms以内快速检测到故障问题，并对射频输出进行关闭，时间持续20ms左右，有时甚至更短。VSWR状态指示故障的闪现时间大约会持续30s左右，随即恢复至正常状态。由于这个故障并不严重，所以VSWR的LCD并不会始终停留在故障处，只要故障周期不超过1s，驻波比动作便会不定期的发生。

2.2.2 第二级VSWR

具体的故障现象如下：VSWR保护的LCD呈现为故障状态，此时降功率的指示灯会随之闪烁，PA电流及功率表的读数均会随之下降，随后的10s-30s内，降功率指示灯会熄灭，此时发射机的输出功率与PA电流均会维持在低于正常功率的值上。当以上故障出现时，VSWR保护电路会自行动作，过程如下：VSWR传感器会检测到严重程度较高的故障问题，并试图通过第一级VSWR保护来消除故障，但是由于该故障比较严重，所以持续时间会超过1s，这样一来，降功率指令便会自动发送给发射机，使其维持在可以正常运行的功率电平上。以人为的方式发出升功率指令之前，功率电平会始终停留在这个位置，若是故障没有消除，则发射机会再次降功率，并对人为发送的升功率指令完全无视。对于此类问题，必须及时修复，这样才能确保发射机在满功率的状态下运行。

图1：行驻波的特点示意图

2.3 VSWR测试自检

当大功率短波发射机出现VSWR TEST信号时，VSWR保护电路便会开始进行测试自检，具体的逻辑方法如下：按住VSWR抑制开关，将VSWR输入端进行分流接地，由此便可快速检测出VSWR故障。随后按下LED面板上的VSWR测试键，大约在4s左右，VSWR测试指示灯应当为红色，当指示灯恢复到绿色后，测试自检过程结束。3 结论

综上所述，VSWR是大功率短波发射机较为有效的一种保护措施。在发射机正常使用的过程中，很多原因都可能引起VSWR保护，如网络失谐、馈线失配等等，当故障问题发生后，VSWR保护电路均会自行启动，确保发射机的正常运行。