探討影響短波發(fā)射機功率的主要原因及應對措施

巴桑羅布

（西藏自治區(qū)廣播電視局092臺，西藏日喀則 857800）

0.引言

在現(xiàn)代城市的建設運行過程中，電臺廣播與電視廣播系統(tǒng)能夠利用電子信號通信設備向城市居民傳送聲音、影像等信息，為公眾提供出行信息、新聞信息、娛樂信息等內(nèi)容，是現(xiàn)代城市基礎建設中的重要環(huán)節(jié)。廣播系統(tǒng)的建立離不開短波發(fā)射機的支持，短波發(fā)射機能夠在較廣的區(qū)域范圍內(nèi)傳輸短波波段的電信號，以較強的抗干擾力為公眾提供穩(wěn)定的信息服務。但短波發(fā)射機的運行頻率常常受到各項因素的干擾而出現(xiàn)波動問題，需要技術人員深入分析這一問題的產(chǎn)生原因，并通過合理措施加以解決處理。

1.短波發(fā)射機的組成結構與工作原理

短波發(fā)射機的主要組成結構為電源、激勵器、線性功率放大器、濾波器、自動調(diào)諧網(wǎng)絡、冷卻系統(tǒng)等。其中，電源系統(tǒng)的主要作用是為短波發(fā)射機的正常工作提供能量來源。激勵器主要負責形成單邊帶信號，將基帶信號調(diào)制為單邊帶信號，再將其變頻處理使其頻率與發(fā)射頻率一致，并使其發(fā)射功率滿足線性功率放大器運行需求。在激勵器工作過程中，為避免調(diào)制變頻給電信號造成干擾，使信號中產(chǎn)生不需要的頻率波段，出現(xiàn)信號失真情況，通常會讓激勵器在較低的功率下工作，而線性功率放大器主要負責將激勵器發(fā)射的信號進行線性放大，使之滿足信號輸出的功率要求。通常情況下，固態(tài)放大器更適用于功率相對較小的短波發(fā)射機，電子管調(diào)諧功放則適用于功率相對較大的短波發(fā)射機。濾波器主要指邊帶濾波器，能夠根據(jù)具體需要將輸出信號中的上邊帶或下邊帶信號過濾掉，將雙邊帶信號通過所提供的不同電平載波轉化為單邊帶信號。自動調(diào)諧網(wǎng)絡能夠通過頻率預置或頻率跟蹤2種模式實現(xiàn)對電信號頻率的自動切換，也可以自動調(diào)整負載以適應天線饋線阻抗變化帶來的影響，讓短波發(fā)射機能夠輸出更加穩(wěn)定、安全的電信號。冷卻系統(tǒng)屬于短波發(fā)射機的安全保障系統(tǒng)，負責帶走線性功率放大器在運行過程中產(chǎn)生的大量熱量，維持短波發(fā)射機的安全穩(wěn)定運行。對于功率相對較小的短波發(fā)射機而言，可以使用空氣對流進行自然冷卻，功率相對較大的短波發(fā)射機則可以使用風機進行強制風冷，或使用水冷等液體冷卻方法進行直接冷卻或蒸發(fā)冷卻，降低短波發(fā)射機的運行溫度[1]。

2.影響短波發(fā)射機功率的主要因素

2.1 開關狀態(tài)下的電路檢測

2條光纜設備對短波發(fā)射機的運行功率起到了控制作用。其中，一條光纜能夠在相關指令信號作用下控制對應的組件模塊，另一條光纜能夠對傳輸信號進行控制，通過2條光纜的共同作用即可實現(xiàn)對短波發(fā)射機功率的實時控制。通常情況下，控制組件模塊的光纜能夠根據(jù)指令信號中傳達的內(nèi)容讓模塊完成“開”“關”等動作，其指令信號主要以數(shù)字編碼為主，在控制發(fā)射機功率的過程中具有較高的穩(wěn)定性與可靠性。控制傳輸信號的光纜能夠分析傳輸模塊所傳遞的各類信息，再根據(jù)信息內(nèi)容對短波發(fā)射機的功率進行控制，確保電路信息能夠在開關狀態(tài)下準確、高效地檢測出來。

而開關狀態(tài)下的電路檢測結果不具有普遍性與穩(wěn)定性，當電路檢測過程中外部電壓與額定電壓不一致時，短波發(fā)射機發(fā)射的基準電壓也會產(chǎn)生一定的偏離，無法保持穩(wěn)定的輸出電壓狀態(tài)，使得短波發(fā)射機的功率隨之產(chǎn)生波動，無法在額定工作功率下正常穩(wěn)定運行。通常情況下，用于控制載波的直流信號電壓處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，不容易受到外部電壓的干擾而產(chǎn)生波動。當外部電壓過高時，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因通常為PSM功率模塊不足，此時，倘若沒有按照科學合理的方式對PSM功率模塊進行功率合成，很可能會使外部電壓低于額定電壓，降低了短波發(fā)射機的運行功率，嚴重干擾了短波發(fā)射機的正常穩(wěn)定運行。

2.2 柵極電阻

在PSM短波發(fā)射機中，起到關鍵作用的組成結構部件為IGBT電子開關以及低壓整流器。其中，IGBT電子開關是通過2個晶體管串聯(lián)組成的，其輸入端口主要作用于晶體保護管，輸出端口主要作用于晶體開關管。當短波發(fā)射機正常運行時，晶體開關管負責疏通IGBT，而晶體保護管則處于未工作狀態(tài)。在PSM功率模塊的運行過程中，IGBT模塊在電路進行開啟和關閉動作時，其內(nèi)部的柵極電容會發(fā)生充放電，對短波發(fā)射機的輸出電壓形成一定的干擾，而其柵極電阻RG的電阻值以及溫度系數(shù)等特性會使柵極電容的充放電過程出現(xiàn)變化，影響短波發(fā)射機的輸出電壓。

在柵極電壓與漏極電流的伏安特性曲線中，漏極電流ID隨著柵極電壓UGS的升高而增大。晶體管GTR的伏安特性曲線也與之類似，可以按照曲線特性分為電量飽和區(qū)、放大區(qū)以及電容擊穿區(qū)。當柵極電壓未達到IGBT的開啟電壓時，IGBT不會開啟，保持關閉狀態(tài)，而當柵極電壓達到一定值，IGBT會疏通開啟，此時柵極電壓與漏極電流的關系曲線呈線性分布。因此，柵極電阻的變化對柵極電壓與漏極電流之間的關系有著重要影響，不穩(wěn)定的柵極電壓會對短波發(fā)射機的輸出電壓造成干擾，影響短波發(fā)射機功率的穩(wěn)定性，容易使短波發(fā)射機難以在正常狀態(tài)下工作。由于柵極電壓值由漏極電流控制，需要合理選擇電壓范圍，通常會將其控制在15V左右[2]。

2.3 短波發(fā)射機功率模塊故障

上述2種影響因素是短波發(fā)射機出現(xiàn)功率波動的主要原因，也是影響最大的2個原因。此外，短波發(fā)射機出現(xiàn)功率波動也可能是其中的功率模塊出現(xiàn)了故障。短波發(fā)射機功率模塊的主要組成元件有IGBT、整流二極管等，以串聯(lián)的方式連接在一起，當其中某個元件出現(xiàn)結構損壞、性能失效等問題就會對整個功率模塊造成干擾。例如，IGBT在開啟瞬間承受的電壓值較高，當電壓過高時，有可能會擊穿IGBT中的二極管，使得IGBT發(fā)生損壞故障，無法維持正常工作。為避免這一現(xiàn)象，相關技術人員需要在功率模塊電路中添加啟動電容對二極管進行保護，或使用大容量二極管對原有二極管進行替換，有效防止擊穿事件的發(fā)生。

2.4 短波天線的安設結構

短波發(fā)射機的運行離不開短波天線的安設，而短波天線的安設結構會對短波發(fā)射機的功率產(chǎn)生影響。一方面，當短波天線陣元間距與高頻段半波長一致時，高頻段功率較高，低頻段則會發(fā)生耦合，使得短波天線陣難以定向短波信號，當陣元間距與低頻段半波長一致時，高頻段會產(chǎn)生柵瓣，使得功率分布不夠集中，主方向功率下降。另一方面，置于地面上的短波天線會通過電磁場作用讓地面產(chǎn)生電流，該電流激發(fā)的二次場會與天線原本的電磁場發(fā)生疊加，改變天線原有的方向與功率。此外，當短波發(fā)射機的輸出阻抗與饋線以及天線的阻抗不相同時，短波發(fā)射機的高頻信號會發(fā)生反射，其產(chǎn)生的駐波會對短波發(fā)射機的功率放大器造成損壞，影響短波發(fā)射機的功率。而短波天線所在區(qū)域的場地環(huán)境也會對短波發(fā)射機的正常運行造成影響，當天線場地周圍有磁場干擾，或周邊存在較多的障礙物，且障礙物距離短波發(fā)射機的信號發(fā)射起點過近都會影響到短波發(fā)射機的運行功率與信號傳遞效率。

3.解決短波發(fā)射機功率波動的具體措施

3.1 在電路處于開關狀態(tài)時分別檢測短波發(fā)射機故障

短波發(fā)射機的內(nèi)部電路檢測會對其發(fā)射功率造成干擾，在對短波發(fā)射機進行故障檢測時，應當注意檢測過程需要在電路開啟與閉合狀態(tài)下各進行一次，以便準確判斷短波發(fā)射機的電路運行狀況與模塊故障位點。在檢測過程中，技術人員需要嚴格監(jiān)控短波發(fā)射機的外部電壓與額定電壓，并及時對比二者之間的差值，掌握動態(tài)化的電壓功率信息，以便為短波發(fā)射機內(nèi)部電路工作情況的分析核查工作提供數(shù)據(jù)支撐，讓技術人員能夠準確掌握短波發(fā)射機的隱患與故障位點，并及時進行維修處理。技術人員還可以利用PSM功率模塊來判斷短波發(fā)射機的基準電壓變化，確保短波發(fā)射機功率處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免短波發(fā)射機在電壓變化的情況下出現(xiàn)大幅度的功率波動，讓電路檢測工作更加全面完善。再者，在電路檢測過程中，技術人員還可以及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部元件的老化情況，對其使用壽命進行合理評估，將老化嚴重、性能即將失效的元器件進行替換處理，確保短波發(fā)射機各元件均能維持正常工作狀態(tài)，保持穩(wěn)定的功率輸出。在使用短波發(fā)射機之前，技術人員需要對短波發(fā)射機進行預試驗，測試其運行可行性、穩(wěn)定性與安全性，及時排查異常故障，避免在后續(xù)正常工作中干擾短波發(fā)射機的輸出功率。

3.2 選擇溫度系數(shù)符合實際需求的柵極電阻材料

短波發(fā)射機功率模塊中的IGBT開關管在電路開關動作中會進行充放電，使電容發(fā)生變化，內(nèi)部的柵極電阻也處于不斷地充放電過程中。在這一狀態(tài)下，柵極電流會受柵極電阻充放電過程的影響而出現(xiàn)波動，又反過來對柵極電阻的充放電速率造成了影響。為避免柵極電流波動而引起的輸出電壓波動，需要對柵極電阻的材料特性進行優(yōu)化，技術人員可以選擇溫度系數(shù)較小的金屬膜電阻材料制作柵極電阻，并確保該膜電阻材料不會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，影響柵極電阻的使用穩(wěn)定性。在連接不同電阻元件時，技術人員應當選擇并聯(lián)方式，避免其中某一元件出現(xiàn)故障而使該電路區(qū)域出現(xiàn)短路或斷路問題，導致其他元件無法正常工作。在選擇柵極電阻值時，需要選擇電阻值相對較大的柵極電阻元件，以便在相同柵極電流條件下提高柵極電阻的輸出電壓，從而提升功率模塊整體的輸出電壓[3]。

3.3 對短波發(fā)射機功率模塊可能發(fā)生的故障問題進行優(yōu)化

在短波發(fā)射機運行過程中，其功率模塊的正常工作對其功率有著較大影響，而功率模塊中IGBT所承受的電壓會在電路開啟瞬間突然增大，當電壓超過一定范圍時，就會使內(nèi)部的二極管元件發(fā)生擊穿損壞，導致功率模塊失效，短波發(fā)射機難以正常運行，其功率也會出現(xiàn)突變。為解決這一問題，技術人員需要在IGBT電路內(nèi)部添加啟動電容，以便對開關動作中產(chǎn)生的電流突變進行緩沖，保障二極管不受過高電壓的影響而出現(xiàn)擊穿問題。此外，技術人員還可以替換原有的二極管元件，使用容量更大的二極管來避免擊穿問題，可以直接將大容量二極管并聯(lián)至原有二極管上，對原有二極管進行保護。

3.4 合理安設短波天線結構

短波天線陣元間距的選擇會對短波發(fā)射機的功率產(chǎn)生較大影響，為此，技術人員需要根據(jù)短波發(fā)射機需要傳輸?shù)亩滩ㄐ盘査陬l段來確定陣元間距，在選擇陣元間距時還需要將天線的輻射角度考慮在內(nèi)，避免陣元間距選擇錯誤而使短波發(fā)射機的主方向功率降低，影響信號的傳輸。其次，技術人員根據(jù)其使用鏡像法天線電磁場與其在地面激發(fā)的二次場對短波信號傳輸功率的影響，判斷傳輸功率最大時短波天線結構的安設方式也可以使用敷設地網(wǎng)來降低地面對短波發(fā)射機功率的干擾。再者，技術人員還需要確保短波發(fā)射機的輸出阻抗與饋線以及天線的阻抗保持一致，以便讓短波發(fā)射機功率保持在較高水平。此外，在規(guī)劃天線場地時，需要排除周圍其他建筑設備的磁場干擾，確保天線場地地形平坦，障礙物數(shù)量以及短波發(fā)射機發(fā)射位點與障礙物上界的仰角在規(guī)定標準范圍內(nèi)，避免天線場地設置的不合理對短波發(fā)射機的功率造成干擾。

3.5 加強設備維護管理工作

短波發(fā)射機的設備故障會對其運行功率產(chǎn)生嚴重影響，為確保短波發(fā)射機能夠在穩(wěn)定功率下正常運行，技術人員就需要加強設備的維護管理工作，構建完善的設備巡檢管理機制，定期對短波發(fā)射機內(nèi)部的各個元件進行檢測，判斷其結構性能與使用壽命是否能滿足后續(xù)工作要求，及時將不符合要求的元器件進行替換處理，確保短波發(fā)射機運行功率的穩(wěn)定性。在進行設備維護管理工作時，技術人員需要做好技術檔案記錄與管理工作，將每一次巡檢、故障、維修、管理步驟詳細地記錄下來，并儲存在數(shù)據(jù)庫中，以便隨時進行調(diào)取查閱，為后續(xù)的維護管理工作提供信息支持，提升短波發(fā)射機維護管理效率。

4.結語

科學技術的進步與城市化進程的推進帶動了城市基礎建設的發(fā)展，廣播系統(tǒng)作為為公眾提供出行信息、新聞信息、娛樂信息等內(nèi)容服務的重要設施，其信號發(fā)射與傳輸設備對城市的正常運行有著重要影響。其中，短波發(fā)射機以其覆蓋范圍廣、穩(wěn)定性高、便捷性好的優(yōu)勢廣泛應用于廣播系統(tǒng)信號傳輸過程中，但其運行功率受到電路、柵極電阻等影響會產(chǎn)生波動，不利于廣播信號的高效穩(wěn)定傳輸。相關技術人員需要加強對短波發(fā)射機電路以及柵極電阻等部件的檢測與控制，排除對其運行功率的影響，提升廣播信號的傳輸質(zhì)量。