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DX发射机射频源板功能分析及改进维护

作者：陈斌日期：2015-11-18 10:30 来源：未知

0 前言
我台维护的是美国Harris公司生产的水冷式中波数字调幅广播发射机DX-600。它是由三个PB200功率单元和一个功率合成器组成的。其中的每个PB单元都有自己一套相对独立的电源供应、冷却、监测控制、射频和音频系统。为了能够实现在合成器中三并完美合成功率输出不仅需要各单元的OMC（输出匹配柜）槽路阻抗匹配，而且还要三个PB输出以调幅波在幅度、相位保持高度的一致。从TCU（发射机控制单元）分机柜中射频源板（8A3）送到发射机三个PB单元外部射频接口板（1A3）的载波频率必须满足“三同”即同幅、同频、同相是必要条件。根据 GY/T225-2007《中短波调幅广播发射机技术要求》内容：发射机所占频带的中心频率偏离只配频率应小等于1Hz，即∆F ≤ 1Hz。这要求射频源板（8A1A3）必须稳定可靠的运行。
1 射频源板（8A3）
它位于 TCU 子机柜中，为每个 PB200提供同相位的射频激励。它受控于EPLD的数据线射频开关。
它由射频选择器、相位调整电路、电路板地址电路组成。它的主要功能：是为每个PB200提供外部射频源。该板受控于EPLD的数据线开关，具有三种射频源选择，其优先顺序为：外部射频源、振荡器 A（OSCILLATOR A）、振荡器 B（OSCILLATOR B）。它共有三条射频驱动电路对应每个PB，每条线路都有一条单独的数字延时线和输出驱动器。
1.1 射频选择器（RF SOURCE SWITCH）
发射机的载波频率可由本板上的振荡器 A（OSCILLATOR A）和振荡器 B（OSCILLATOR B）产生出来，也可由外部晶振器通过发射机控制板（8A13）送入。通过射频选择器开关来切换。众所周知，我国频谱资源异常紧张。因此对中波模拟调幅发射机载波频率容差要求很严。由于振荡器A和B上的晶振受外界温度影响比较大，使用它们容易出现“跑频”。一般情况下，建议使用外部稳定的RF源。该射频选择器物理功能实现主要是通过MC14051B 芯片实现的。
1.1.1 MC14051B 工作原理及分析
该芯片采用双列直插式（DIP16）封装。它是一个CMOS芯片，工作电压范围+3.0Vdc~18Vdc。每块芯片上有一组八选一模拟电子开关。
MC14051B的引脚图和真值表如图一。其中A、B、C为八通道地址输入端；INH为芯片使能端（低电平有效）。当INT为高电平时，无论三个地址端输入何数据，八个开关都断开，无数据输出，即该芯片禁止工作。VDD和VEE为电源正负端。需要说明的是：Vss ≥VEE。当INT为低电平时，该芯片被选中工作。此时X接通Xi（X0~X7 的其中一路）。其中i=A+B×21+C×22。

图一芯片引脚图

图二实际接线图

如图二所示，在射频源上我们只使用三路模拟电子开关。因此地址位也只用两位就可以满足要求，将C和INT端并联接地。A、B 信号来至于 EPLD（U42），由它来决定三路的优先级。介于我们对发射机的载波容差要求很严，故我们在U42中设置 U39 的地址位为 ABC（010），即外部射频源X2优先。当射频源设置为“自动”时，EPLD就会自动地对射频源进行选择。并且对外部射频源 X2 进行优先选择。
1.2 相位调整
从射频选择器开关MC14051B的输出接至发射机控制单元（TCU）进行监视，并且经由一些数字延时线，其中每个输出都对应加到一个功放单元。这些数字延时线可以对加到几个功放单元去的每路射频激励进行手动的相位调整。每条单独的射频激励延时线都要经过检测，然后经由TCU的接口板（A1A10）送至各自对应的功放单元。
1.3 板地址
该板地址编码器允许这块板插在除电源插槽外主机架上的任一插槽中工作。板地址电路使这块板子对分机柜中的公共通讯母线来的信号进行响应，而且只有在它被PLC输出模块选址时才会起作用。板地址母线携带着从PLC输出模块发出来的四位地址码（B0~B3）进入模块J1.当这些比特位与JP9~JP13的四位字节相匹配时，U33比较器就使U37比较器发出数据，同时向本板上的EPLD芯片发出一个允许信号。
2 部分详细电路说明
由于每个功放单元都有一条单独的延时线和输出驱动器，在此我们只讨论1#功放单元的射频驱动输出。
2.1 射频存在检测器
高速比较器/驱动器U23的一个输出加到一个可重复单次触发的单稳态触发器的B输入端。当输入端出现了射频信号，它的输出端13脚将保持为高电平。指示灯DS7变亮，表明外部射频有射频输出。同时U35的输出向EPLD发出“外部射频激励正常”信号。
2.2 频率取样驱动器
发射机射频通路：外部晶振器的激励信号从用户接口板（8A1A12）的 J101输入，J6和J7的A5和C5输出到射频源板（8A1A3）经过功率 MOSFET 驱动器（TC4403）在高电流开关调制模式下处理，使得RF激励信号具有高电平和大电流PIC I/o输入输出驱动能力。处理过的信号经过TCU接口板送往PB功放单元。从而完成大功率脉冲信号的传递和输送。驱动电路的作用：为了提高控制电路的输出功率，增加其驱动能力，并且为控制电路和主电路之间提供必要的电气隔离。
在该部分电路中RF激励采用的驱动方案是有源嵌位双管正激方式。驱动芯片为 TelCOM 公司 TC4403CPA。芯片允许的工作环境为0℃~70℃。从U39选择出的射频源进入到一个高速比较器/驱动器上，并经由一个三态驱动器进行缓冲处理。稳压管 CR15 和 CR16 用于提供过压保护而且将射频频率的取样输出加到TCU 去。
2.2.1 TC4403 工作原理及分析
TC4403 是 TC4425 驱动器的升级版本。一种功率MOSFET驱动器。它可以驱动多种类的负载，如：LED、继电器、脉冲变压器、电动机等。它提供双路1.5A缓冲输出。它具有一路同相驱动和一路反相驱动。射频脉冲经延时电阻RT2在LM361处分为两路。一路经U47-5反相输出U47-6，到 TC4403 的 4 脚与 4403 的门槛电压比较，同相输出。该信号为原始的RF驱动信号。另一路信号，经反向器U47-8反相输出，到 U21 的 2 脚与 4403 的门槛电压比较，反向输出。该信号是互补RF驱动信号。图中 TC4403 工作电压为 +5Vdc。所以输出电压动态范围在0~5V之间，没有放大信号电平，信号幅度几乎没有发生变化，但输出工作电流变大，从而提高输出功率。这样的目的是为射频信号提供大的功率，用以驱动PB单位的外部射频接口板工作和后面的射频检测电路。
2.3 射频激励输出
经过相位校准后的U2的输出信号加到一个快速比较器U3上。驱动器U4的输出带有CR1和CR2过渡保护电路，射频信号在有 TCU 接口板（A1A10）进入功放单元之前，可以在TP3端进行监测。射频存在检测器U1将由指示灯DS1指示出PB1加上了射频激励，而且给EPLD发出一个“PB1- 正常”信号。
2.4 数字延时线
数字延时线U2将对输入的射频信号进行延时，它可通过手动相位调制开关S1和S2对一个6比特控制信号进行调整。有6个二进制加权的控制位。最低位可产生大约3ns的延时，6位分别可产生大约3、6、12、24、48 和 96ns 的延时。这样，就可以产生出最大189ns的延时。JP1把输出反相180°。把这些结合起来可以得到更大延时，主要目的是为了各个PB输出到合成器的射频相位相同。
3 故障分析和新板调试
3.1 故障分析
故障现象：2015-02-25 A01 机试新制射频源板（8A1A3），加低功率时，A01机 PB2、PB3 上功率失败，PB 的 LED 显示板显示外部射频故障。
故障分析：该故障是由于TCU故障，导致 TCU 到 PB2、PB3 无射频激励输出。
故障处理：①测量射频源板+5V、+15V 和 -15V 电源电压。正常。
②观察射频源板上 DS1、DS2、DS3、DS7 亮绿灯。正常。
③用双踪示波器测试射频源板上TP3（PB1）、TP4（PB3）和 TP5 波形，发现 TP4和TP5无波形输出。故更换射频源板驱动部分器件功率 MOSFET 驱动器 TC4403，后试机正常。
3.2 新板调试步骤
①在发射机断电状态下，用扩展转接板将射频源板接出，便于调整。
②在射频源板上挂示波器，观察TP3、TP4和TP5测试点应等幅同相，同时波形完整。
③确认微调二进制编码开关（BCD）和后面的粗调开关与原板一致。
④低功率，调整功率一致，查看MMI屏，观察总阻隔抑制零点和阻隔电阻功率尽量小。
⑤先调功率大的单元，若无法调整，则调粗调。
⑥中功率、高功率，重复③~⑤的步骤。
4 改进的射频源板措施
在射频源上 S1、S3 和 S5 开关（ROTARY 4PDT）是塑料封装元件且原板是直接焊在板上，如经常调节容易损坏，也不易更换。建议：将其拆下，加焊DIP16的双列芯片座。这样便于更换。
TC4403是射频源上射频通路的关键元件，由于它是射频通路的前级。它的质量好坏直接影响PB单元预驱动、驱动和功放的工作。所以要在上机前确定其是否正常。TC4403 可用 TC4425 替换，由于 IC产品的性能质量检测时，可测试电压值，但不具备高频大电流的测试能力，要对该类型器件进行准确筛选检测只能采用上机待机情况下用示波器测试。
由于振荡器A和B上的晶振受外界温度影响比较大，使用它们容易出现“跑频”。一般情况下，建议使用外部稳定的RF源方式。
5 结束语
本文主要说明了射频源的功能和组成。并对射频源板上机调试做了说明，把自己在维护该板过程的一些经验总结起来和大家分享。不当之处，望同行批评指正。
【参考文献】
[1]《广播发送技术》王春生合肥工业大学出版社
[2]《电力电子技术》金海明北京邮电出版社
[3]《广播电视发送与传输维护手册》