探讨影响短波发射机功率的主要原因及应对措施

巴桑罗布

（西藏自治区广播电视局092台，西藏日喀则 857800）

0.引言

在现代城市的建设运行过程中，电台广播与电视广播系统能够利用电子信号通信设备向城市居民传送声音、影像等信息，为公众提供出行信息、新闻信息、娱乐信息等内容，是现代城市基础建设中的重要环节。广播系统的建立离不开短波发射机的支持，短波发射机能够在较广的区域范围内传输短波波段的电信号，以较强的抗干扰力为公众提供稳定的信息服务。但短波发射机的运行频率常常受到各项因素的干扰而出现波动问题，需要技术人员深入分析这一问题的产生原因，并通过合理措施加以解决处理。

1.短波发射机的组成结构与工作原理

短波发射机的主要组成结构为电源、激励器、线性功率放大器、滤波器、自动调谐网络、冷却系统等。其中，电源系统的主要作用是为短波发射机的正常工作提供能量来源。激励器主要负责形成单边带信号，将基带信号调制为单边带信号，再将其变频处理使其频率与发射频率一致，并使其发射功率满足线性功率放大器运行需求。在激励器工作过程中，为避免调制变频给电信号造成干扰，使信号中产生不需要的频率波段，出现信号失真情况，通常会让激励器在较低的功率下工作，而线性功率放大器主要负责将激励器发射的信号进行线性放大，使之满足信号输出的功率要求。通常情况下，固态放大器更适用于功率相对较小的短波发射机，电子管调谐功放则适用于功率相对较大的短波发射机。滤波器主要指边带滤波器，能够根据具体需要将输出信号中的上边带或下边带信号过滤掉，将双边带信号通过所提供的不同电平载波转化为单边带信号。自动调谐网络能够通过频率预置或频率跟踪2种模式实现对电信号频率的自动切换，也可以自动调整负载以适应天线馈线阻抗变化带来的影响，让短波发射机能够输出更加稳定、安全的电信号。冷却系统属于短波发射机的安全保障系统，负责带走线性功率放大器在运行过程中产生的大量热量，维持短波发射机的安全稳定运行。对于功率相对较小的短波发射机而言，可以使用空气对流进行自然冷却，功率相对较大的短波发射机则可以使用风机进行强制风冷，或使用水冷等液体冷却方法进行直接冷却或蒸发冷却，降低短波发射机的运行温度[1]。

2.影响短波发射机功率的主要因素

2.1 开关状态下的电路检测

2条光缆设备对短波发射机的运行功率起到了控制作用。其中，一条光缆能够在相关指令信号作用下控制对应的组件模块，另一条光缆能够对传输信号进行控制，通过2条光缆的共同作用即可实现对短波发射机功率的实时控制。通常情况下，控制组件模块的光缆能够根据指令信号中传达的内容让模块完成“开”“关”等动作，其指令信号主要以数字编码为主，在控制发射机功率的过程中具有较高的稳定性与可靠性。控制传输信号的光缆能够分析传输模块所传递的各类信息，再根据信息内容对短波发射机的功率进行控制，确保电路信息能够在开关状态下准确、高效地检测出来。

而开关状态下的电路检测结果不具有普遍性与稳定性，当电路检测过程中外部电压与额定电压不一致时，短波发射机发射的基准电压也会产生一定的偏离，无法保持稳定的输出电压状态，使得短波发射机的功率随之产生波动，无法在额定工作功率下正常稳定运行。通常情况下，用于控制载波的直流信号电压处于相对稳定的状态，不容易受到外部电压的干扰而产生波动。当外部电压过高时，产生这一现象的可能原因通常为PSM功率模块不足，此时，倘若没有按照科学合理的方式对PSM功率模块进行功率合成，很可能会使外部电压低于额定电压，降低了短波发射机的运行功率，严重干扰了短波发射机的正常稳定运行。

2.2 栅极电阻

在PSM短波发射机中，起到关键作用的组成结构部件为IGBT电子开关以及低压整流器。其中，IGBT电子开关是通过2个晶体管串联组成的，其输入端口主要作用于晶体保护管，输出端口主要作用于晶体开关管。当短波发射机正常运行时，晶体开关管负责疏通IGBT，而晶体保护管则处于未工作状态。在PSM功率模块的运行过程中，IGBT模块在电路进行开启和关闭动作时，其内部的栅极电容会发生充放电，对短波发射机的输出电压形成一定的干扰，而其栅极电阻RG的电阻值以及温度系数等特性会使栅极电容的充放电过程出现变化，影响短波发射机的输出电压。

在栅极电压与漏极电流的伏安特性曲线中，漏极电流ID随着栅极电压UGS的升高而增大。晶体管GTR的伏安特性曲线也与之类似，可以按照曲线特性分为电量饱和区、放大区以及电容击穿区。当栅极电压未达到IGBT的开启电压时，IGBT不会开启，保持关闭状态，而当栅极电压达到一定值，IGBT会疏通开启，此时栅极电压与漏极电流的关系曲线呈线性分布。因此，栅极电阻的变化对栅极电压与漏极电流之间的关系有着重要影响，不稳定的栅极电压会对短波发射机的输出电压造成干扰，影响短波发射机功率的稳定性，容易使短波发射机难以在正常状态下工作。由于栅极电压值由漏极电流控制，需要合理选择电压范围，通常会将其控制在15V左右[2]。

2.3 短波发射机功率模块故障

上述2种影响因素是短波发射机出现功率波动的主要原因，也是影响最大的2个原因。此外，短波发射机出现功率波动也可能是其中的功率模块出现了故障。短波发射机功率模块的主要组成元件有IGBT、整流二极管等，以串联的方式连接在一起，当其中某个元件出现结构损坏、性能失效等问题就会对整个功率模块造成干扰。例如，IGBT在开启瞬间承受的电压值较高，当电压过高时，有可能会击穿IGBT中的二极管，使得IGBT发生损坏故障，无法维持正常工作。为避免这一现象，相关技术人员需要在功率模块电路中添加启动电容对二极管进行保护，或使用大容量二极管对原有二极管进行替换，有效防止击穿事件的发生。

2.4 短波天线的安设结构

短波发射机的运行离不开短波天线的安设，而短波天线的安设结构会对短波发射机的功率产生影响。一方面，当短波天线阵元间距与高频段半波长一致时，高频段功率较高，低频段则会发生耦合，使得短波天线阵难以定向短波信号，当阵元间距与低频段半波长一致时，高频段会产生栅瓣，使得功率分布不够集中，主方向功率下降。另一方面，置于地面上的短波天线会通过电磁场作用让地面产生电流，该电流激发的二次场会与天线原本的电磁场发生叠加，改变天线原有的方向与功率。此外，当短波发射机的输出阻抗与馈线以及天线的阻抗不相同时，短波发射机的高频信号会发生反射，其产生的驻波会对短波发射机的功率放大器造成损坏，影响短波发射机的功率。而短波天线所在区域的场地环境也会对短波发射机的正常运行造成影响，当天线场地周围有磁场干扰，或周边存在较多的障碍物，且障碍物距离短波发射机的信号发射起点过近都会影响到短波发射机的运行功率与信号传递效率。

3.解决短波发射机功率波动的具体措施

3.1 在电路处于开关状态时分别检测短波发射机故障

短波发射机的内部电路检测会对其发射功率造成干扰，在对短波发射机进行故障检测时，应当注意检测过程需要在电路开启与闭合状态下各进行一次，以便准确判断短波发射机的电路运行状况与模块故障位点。在检测过程中，技术人员需要严格监控短波发射机的外部电压与额定电压，并及时对比二者之间的差值，掌握动态化的电压功率信息，以便为短波发射机内部电路工作情况的分析核查工作提供数据支撑，让技术人员能够准确掌握短波发射机的隐患与故障位点，并及时进行维修处理。技术人员还可以利用PSM功率模块来判断短波发射机的基准电压变化，确保短波发射机功率处于稳定状态，避免短波发射机在电压变化的情况下出现大幅度的功率波动，让电路检测工作更加全面完善。再者，在电路检测过程中，技术人员还可以及时发现内部元件的老化情况，对其使用寿命进行合理评估，将老化严重、性能即将失效的元器件进行替换处理，确保短波发射机各元件均能维持正常工作状态，保持稳定的功率输出。在使用短波发射机之前，技术人员需要对短波发射机进行预试验，测试其运行可行性、稳定性与安全性，及时排查异常故障，避免在后续正常工作中干扰短波发射机的输出功率。

3.2 选择温度系数符合实际需求的栅极电阻材料

短波发射机功率模块中的IGBT开关管在电路开关动作中会进行充放电，使电容发生变化，内部的栅极电阻也处于不断地充放电过程中。在这一状态下，栅极电流会受栅极电阻充放电过程的影响而出现波动，又反过来对栅极电阻的充放电速率造成了影响。为避免栅极电流波动而引起的输出电压波动，需要对栅极电阻的材料特性进行优化，技术人员可以选择温度系数较小的金属膜电阻材料制作栅极电阻，并确保该膜电阻材料不会产生谐振现象，影响栅极电阻的使用稳定性。在连接不同电阻元件时，技术人员应当选择并联方式，避免其中某一元件出现故障而使该电路区域出现短路或断路问题，导致其他元件无法正常工作。在选择栅极电阻值时，需要选择电阻值相对较大的栅极电阻元件，以便在相同栅极电流条件下提高栅极电阻的输出电压，从而提升功率模块整体的输出电压[3]。

3.3 对短波发射机功率模块可能发生的故障问题进行优化

在短波发射机运行过程中，其功率模块的正常工作对其功率有着较大影响，而功率模块中IGBT所承受的电压会在电路开启瞬间突然增大，当电压超过一定范围时，就会使内部的二极管元件发生击穿损坏，导致功率模块失效，短波发射机难以正常运行，其功率也会出现突变。为解决这一问题，技术人员需要在IGBT电路内部添加启动电容，以便对开关动作中产生的电流突变进行缓冲，保障二极管不受过高电压的影响而出现击穿问题。此外，技术人员还可以替换原有的二极管元件，使用容量更大的二极管来避免击穿问题，可以直接将大容量二极管并联至原有二极管上，对原有二极管进行保护。

3.4 合理安设短波天线结构

短波天线阵元间距的选择会对短波发射机的功率产生较大影响，为此，技术人员需要根据短波发射机需要传输的短波信号所在频段来确定阵元间距，在选择阵元间距时还需要将天线的辐射角度考虑在内，避免阵元间距选择错误而使短波发射机的主方向功率降低，影响信号的传输。其次，技术人员根据其使用镜像法天线电磁场与其在地面激发的二次场对短波信号传输功率的影响，判断传输功率最大时短波天线结构的安设方式也可以使用敷设地网来降低地面对短波发射机功率的干扰。再者，技术人员还需要确保短波发射机的输出阻抗与馈线以及天线的阻抗保持一致，以便让短波发射机功率保持在较高水平。此外，在规划天线场地时，需要排除周围其他建筑设备的磁场干扰，确保天线场地地形平坦，障碍物数量以及短波发射机发射位点与障碍物上界的仰角在规定标准范围内，避免天线场地设置的不合理对短波发射机的功率造成干扰。

3.5 加强设备维护管理工作

短波发射机的设备故障会对其运行功率产生严重影响，为确保短波发射机能够在稳定功率下正常运行，技术人员就需要加强设备的维护管理工作，构建完善的设备巡检管理机制，定期对短波发射机内部的各个元件进行检测，判断其结构性能与使用寿命是否能满足后续工作要求，及时将不符合要求的元器件进行替换处理，确保短波发射机运行功率的稳定性。在进行设备维护管理工作时，技术人员需要做好技术档案记录与管理工作，将每一次巡检、故障、维修、管理步骤详细地记录下来，并储存在数据库中，以便随时进行调取查阅，为后续的维护管理工作提供信息支持，提升短波发射机维护管理效率。

4.结语

科学技术的进步与城市化进程的推进带动了城市基础建设的发展，广播系统作为为公众提供出行信息、新闻信息、娱乐信息等内容服务的重要设施，其信号发射与传输设备对城市的正常运行有着重要影响。其中，短波发射机以其覆盖范围广、稳定性高、便捷性好的优势广泛应用于广播系统信号传输过程中，但其运行功率受到电路、栅极电阻等影响会产生波动，不利于广播信号的高效稳定传输。相关技术人员需要加强对短波发射机电路以及栅极电阻等部件的检测与控制，排除对其运行功率的影响，提升广播信号的传输质量。