TSW2500型500KW短波发射机测量电路 原理设计和校正方法探讨
罗金华 江建华 罗辉芳
(国家广电总局831台)
[摘 要] 本文对TSW2500型500KW短波发射机控制系统的测量电路(模拟板YCS06/07)线路原理设计进行了深入的分析,对YCS06/07板的测量电路的校正方法进行了探讨,提出了基于测量取样电路原理的一种校正方法。[关键词] 短波发射机 模拟测量 原理设计 补偿校正 1 前言TSW2500型500KW短波发射机,其控制系统由三部分构成:中央控制系统(ECAM/ECOS)、顺序控制器(SC)和马达控制器(MC)。发射机控制系统一方面按照正确的顺序开、关发射机,另一方面在发生故障时进行必要的封锁保护。模拟测量信号的采集则是用YCS06和YCS07型模拟板完成,模拟信号先经SCI03型滤波器板(A161)滤波和限幅后,送到YCS06和YCS07板进行处理,然后送到YCS04板和马达控制器板YCS08,最后将处理结果送到ECAM/ECOS的显示器。2 YCS06/07板测量电路2.1 YCS06/07板测量电路设计原理YCS06/07中测量电路的输入端电压范围为0.9-1.2V,所有测量取样电阻(分流器、分压器中的电阻)的阻值大小都按以上要求来设计;除了高末屏压IaV2取样电路的输入阻抗Rin=1kΩ外,其它电流取样电路的输入阻抗都为100Ω;而所有电压取样电路的输入阻抗为1kΩ。测量电路都采用平衡输入的方式,避免接地环路对取样信号造成影响;为避免相互影响,测量信号经电压跟随器退耦后分成5路分别送出。分压器和分流器的取样误差采用补偿电路进行误差补偿,通过插在滤波器和输出缓冲器之间的电位器对测量电路进行校正。对于取样信号中的调制信号,则采用滤波电路来得到一个稳定的平均值。电流测量电路带有瞬态检测器,这样能迅速判断瞬时过流,瞬态检测器的输入信号都不经过滤波器。2.2 YCS06/07板测量电路原理2.2.1 YCS06板测量电路原理YCS06板测量电路分为电压测量电路、电流测量电路和水阻测量电路,这些测量电路的信号经YCS06板都被转换为10V满刻度值;YCS06板上包含以下测量信号:(1)VfilV1/VfilV2(高前/高末电子管灯丝电压)(2)IaV1/VaV1(高前屏流/屏压),IaV2/VaV2(3)Ig1V2/Vg1V2,Ig2V2/Vg2V2(4)冷却水的水阻(5)V-REF-RF-ATT(射频衰减器参考电压)(6)V-REF-AC-CTRL(灯丝调压器参考电压)(7)24VDC和±15VDC监测现以Ig1V2测量电路为例,结合测量电路原理图进行分析;见“图2-Ig1V2测量和瞬态监测保护电路”。取样信号通过平衡输入放大器(放大倍数V≈2)后,输入到一个fg=3Hz的三阶低通滤波器,滤波器的放大倍数V=1,在40Hz时最小衰减值大于60dB;后级电路为可调增益放大器,其放大倍数V=4.15-5.8,结合误差补偿调整将信号放大到10V;之后通过4个缓冲器输出。在经过平衡输入放大器之后,还有一路信号直接送给瞬态检测器。当瞬态检测器响应时,电路输出一个3ms长的输出脉冲。瞬态检测器采用晶体管放大输出电路,为顺序控制器YCS04提供一个5V的逻辑信号,0V表示故障。在出现接触不良问题(如YCS06板未插入)时,通过在顺序控制器YCS04上安装的下拉电阻为顺序控制器提供0V故障信号,从而确保安全。Ig1V2电路提供了另一个瞬态检测器,它能响应负值瞬态值(例如在电子管栅极和阴极间有碰极现象时),它与正值检测器有着相同的响应特征。两个瞬态检测器通过一个比较电路结合在一起,送到一个公共的晶体管放大输出电路。平衡输入放大器(放大倍数V≈2),计算方法如下:(1)当“Ig1V2-”端输入电压设为V2=0时,设放大器输出电压为VO,同相端电压为V+,反向端电压为V-,运用“虚短”和“虚断”概念,则:(2)当“Ig1V2+”端输入电压设为V1=0时,运用“虚短”概念V+=V-=0,则: 运用叠加原理,将以上2公式相加得到: 2.2.2 YCS07板测量电路原理模拟板YCS07包含以下测量电路:入射功率、反射功率、屏耗、鉴相器和瞬时反射功率。定向耦合器上的射频检测器(A296)输出信号(Vfwd、Vrev)用于计算发射机入射功率(Pfwd)和反射系数,反射率r =V-/V+,用于计算驻波比VSWR,鉴相器的输出信号(PHI1、PHI2)信号用于自动调谐细调。下面以入射功率(Pfwd)测量电路为例分析其原理,见图3。定向耦合器上的入射功率检测器(A296A)的输出信号Vfwd电平约为5.0 V(在额定功率500kW时),经滤波接口板A161后约为0.9V,送给YCS07板的输入放大器,输入放大器的放大倍数为V=1.014(当发射机输出1.2倍的额定功率时,本级输出信号电压为1.0V,最终输出信号P+的电压为10V)。为了得到调制信号的精确平均值,后面接了一个fg=3Hz的三阶低通滤波器,在40Hz处最小衰减大于60dB。三阶低通滤波器之后是一个放大系数V=8的放大器。放大器之后是一个乘法器,用来补偿射频测量链路中的误差和频率响应,乘法器的校正系数为K1#,通过计算可得出K1#如下:K1#=0.625×(1±0.1)Ref±0.2×K1(→6.25V±0.625±2.0V)该公式范围对应着D≥±2.4dB的频率响应补偿,以及对整个校正曲线的一个±0.8dB漂移补偿。真实校正值“K1”是来自于马达控制器的CPFD信号(±10V)。乘法器A042的计算公式为:Z1=(X1-X2)(Y1-Y2)/10+Z2,代入X1=Vi、X2=Y1=Z2=0、Y2=K1#、Z1=FWD得:Z1 = -(X1×Y2)/10,即FWD = -(K1#)×Vi/10乘法器输出信号被放大2倍后得到信号“U+”,信号“U+”用于计算反射率,并经过平方运算电路后得到与功率成比例的电压值(即Pfwd),这一电压通过5个缓冲器分别送到以下电路:中央控制系统(ECAM)、顺序控制器、模拟参数显示、信号记录器和马达控制。送到屏损(APD)监测电路的信号没有经过缓冲器。图2 Ig1V2测量和瞬态监测保护电路
图3 Pfwd测量计算电路图
3 模拟板YCS 06/YCS07测量电路的调整方法3.1 模拟板YCS 06测量电路的调整方法3.1.1 校正ECAM/ECOS中电流表读数(1)校正IaV2读数① 要求在OFF状态下,断FS1;拔出模拟板1(YCS06),插上转接板,再插上YCS06,合上FS1。② 在整流机箱内,拆下R201两端的测量取样线W411,在W411两端加+5VDC稳压电源(输出电压可调),见图4(a)。③ 把电压表调到1.5VDC(2VDC),再调YCS06板上的电位器R200,使ECAM显示器中的IaV2为45A(60A)。④ 把发射机加到额定功率500kW,不加调幅时,用钳型电流表测R201的电流(IaV2),检查ECAM显示器中IaV2的值与钳型电流表读数是否一致。(2)校正IaV1读数注意:因导线引线上有压降,电压表要直接测电阻R31两端;为减少电压表带来的误差,通常也采用串一安培表的方法。① 把5VDC电源直接加到R31两端,不用拆R31两端接线,“1”端接正;见图4(b)。② R31=0.68Ω,调+5VDC 稳压电源输出,改变电压表V的值,再调YCS06板上的电位器R69,从而把ECAM显示器中的IaV1调到相应的值。I=U/R。(3)校正Ig1V2和Ig2V2的读数方法,与校正IaV1读数方法一样。① 较Ig1V2读数,R41=0.68Ω,调YCS06上的R100。I=U/R② 校正Ig2V2的读数R51=0.15Ω,调整YCS06板上的R160。I=U/R。3.1.2 校正ECAM/ECOS中电压表的读数在发射机工作正常时,通常的校正方法是:在ON状态用高压电表直接测出VaV1等电压,再调整YCS06板上相应电位器,来校正ECAM/ECOS中VaV1等的读数。当发射机故障,一加高压就往下掉,如果又怀疑取样电路有问题时,这时就不能采用上述方法;以下主要介绍“FIL”状态或“AUX”状态下,未给VaV1、Vg1V2、Vg2V2供电时的校正方法。(1)校正VaV1读数:① 把+5VDC稳压电源直接加在A32板上R511两端(发射机整流机箱内),拔下X32/21上的接线(即断R511与R39的连接)。要求电压表精度很高(如FLUKE 15B),否则误差比较大。计算分压比为:,VaV1=V×5495.5 ② 调+5VDC电源输出,调YCS06板上R88,使ECAM中VaV1读数调到相应的值。(2)校正Vg1V2的读数方法与“VaV1校正”一样,拔下A42板上X42/21接线,调YCS06板上的R148,见图6(a)。(3)校正Vg2V2读数方法与“VaV1校正”一样,拔下A52板上X52/21接线,调YCS06板上R188,见图6(b)。分压比为:,Vg2V2=V×2421.2(4)校正VaV2读数根据“VA-V2的额定值/R236”(例如14kV/MΩ=0.8235mA),在R236和R237(100K)之间加824μA电流,调R230(YCS06),使ECAM/ECOS显示14KV。3.2 模拟板YCS 07的调整方法1)校正发射机输出功率PFWD(PFWD:YCS07,R13)(1)将发射机关至OFF;断FS1;拔出模拟板YCS07,插上转接板,再插上YCS07,合上FS1;(2)拔下滤波板A161(型号SCI03)上X1/547/548的插头接线,在A161上连接一个直流电源,在直流电源上并联一个高阻抗的电压表,直流电源正极连到A161/548,负极连到A161/547;(3)将CFPD调整到127(中央控制系统ECAM/ECOS菜单中);(4)将直流电源的电压调整为5V。通过调YCS07上的电位器R13,使显示器上PFWD的值为500kW(发射机的额定值);(5)拆除测量设备,并重新接上X1/547/548的插头接线;(6)在发射机开启后,使用假负载再检查PFWD的值是否正常。2)校正驻波比VSWR(VSWR:YCS07,R62,偏移:YCS07,R54)(1)将发射机关至OFF;断FS1;拔出模拟板YCS07,插上转接板,再插上YCS07,合上FS1;(2)拔下滤波板A161(型号SCI03)上X1/547/548的插头接线(VFWD信号);在A161上连接一个直流电源,正极连到A161/548,负极连到A161/547。在直流电源上并联一个高阻抗的电压表;(3)将输出功率较正值(CPFD)调整到127(中央控制系统ECAM/ECOS菜单中);将直流电源的电压调整到5V,使ECAM/ECOS显示器上PFWD的值为500kW(发射机的额定值);(4)拔下滤波板A161上X/551/552的插头接线(VREV信号);用跳线连接A161上X/551/552端子;将CPRV调整为127(中央控制系统ECAM/ECOS菜单中);调整YCS07上电位器R54,直到测试点MP71的对地电压为0V,发射机的屏幕显示VSWR=1.00;(5)拆下连接滤波板A161/X1//551/552上的跳线;在 A161上连接一个直流电源,正极连到A161/X1//552,负极(接地)A161/X1/551;将一个高阻抗电压表和直流电源并联,并将电压调整到5.0V。(注意:此时不要撤掉A161/X1/548/547上的+5VDC/GND电源);调整YCS07上电位器R62直到发射机显示VSWR=2.00(MP71上的电压应为9.1V);(6)拆除测量设备,并重新接上X1/547/548、X1/551/552的插头接线;(7)发射机开启后再检查显示值是否正常。 4 结束语上述对发射机控制系统的模拟板YCS06/07线路原理的深入分析,对一些理论较深的复杂运算电路,如平衡输入放大器和乘法运算电路也作了举例说明;对YCS06/07板的测量电路的校正方法进行了探讨,并结合在实际维护工作中的经验方法作了归纳总结;我们将不断对进口发射机进行摸索、总结和提高,对电台发射机的安全运行提供更有效的维护和保障。 参考文献:1.THALES.TSW2500型500kW短波发射机技术简介.瑞士:THALES公司,2005.2.TSW2500型500kW短波发射机技术维护手册.北京:国家广电总局无线局,2005.3.刘树棠,朱茂林等译.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版).西安交通大学出版社.2009. 编辑:中国新闻技术工作者联合会
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