业余电台的带外辐射问题

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无线电爱好者通过改制和装配电台的办法,成功地进行了业余通信。实践表明,由于具体问题的存在而造成的带外辐射,是应加以重视和解决的问题。本文根据典型的带外辐射问题,提出解决的具体办法。限于篇幅,本文以XD和XDD系列单边带电台为蓝本。对其它型号的电台,因大同小异,可作为参考。

一、通带放大器的改制和调整

带外辐射是指无线电射频设备在允许工作的频段或工作频点工作时造成的对其它频段和频点的非正常无线电辐射。业余电台工作时,在振荡源的基本频率f\(_{0}\)基础上将产生谐波,二次和三次谐波的幅度比高次谐波的幅度大,其中尤以三次谐波的谐振幅度最大,在射频电路中为主要的谐波成分,其引起的带外幅射最严重,因此,也是主要的被抑制的谐波频率。

在无线电台的电路中,射频信号在向天线馈送以前,为了使天线辐射的是纯正的基波,尽可能使谐波辐射减至最低,必须在无线电设备中设计相应的滤波器电路进行对谐波频率和其它寄生频率的抑制,常用的电路形式有带通滤波器和带阻滤波器。按照我国的标准,带外抑制的标准一般不能劣于-40dB,因此,使电路中相应的滤波器电路正常工作,是保证标准的带外抑制的关键所在。除此以外,形成带外辐射较为严重的是由所谓的三阶互调造成的。

由于单边带电台都是抑制载频发送,因此需要在调制时滤除载频。XD、XDD系列退役单边带电台一般是用环形混频器,它由于非线性失真,和平衡混频器一样将产生谐波,故改制后的电台这方面的指标(尤其是三阶互调指标),必须达到-40dB。

为保证XD和XDD系列单边带电台的通带指标特性,电路中设计有频率可调整的通带放大器。此类机型中设有由场效应管组成的复合电路放大器,一般由两级谐振回路保证通带特性,在改制和调整中,要达到标准的带外抑制,最重要的是要把握通带放大器的频带宽度。要做到这一点,是使改制后的几组线圈具有较高的Q值,因为线圈的Q值较高可使通带较窄,不但能保证通带增益,而且较窄的通带使通过非线性谐波的可能性相对较低。有些XD和XDD系列单边带电台,由于产品的一致性关系,只要简单地把需改制的通带放大器的线圈中磁芯向外旋出即可谐振在40m业余波段,这样做,虽然减低了电感量而提高了频率使之能工作于40m波段,但是,由于这样做是以牺牲线圈的Q值为代价的,方法虽简单,却使通带变宽,降低了整机的增益,并增加了带外辐射的可能性。因此,还是应当不怕麻烦,以采用减少圈数的方法为宜。改制后的电台,调整其通带特性曲线,必须保证带外抑制在-40dB以下,工作频点处的带宽在1000~1500Hz左右。带宽在1000~1500Hz左右时为最好,过窄音质不好,过宽将产生邻频干扰。尤其要重点观察二次谐波和三次谐波的抑制情况,必须达到标准。

有的退役电台指标下降,电台的标称功率比较小,这时,不应简单地采取减低功放级的各级发射极电阻的方法使功率增加,因为这样将同时破坏电路的线性状态,将会使被放大的信号产生谐波,造成严重的带外辐射。因此,正确的方法是:应具体分析造成功率不足的原因,调整和更换老化的器件,使输出达到相应的功率,而且不含有超量谐波,从而减低带外辐射。

应尽量使用频谱仪或扫频仪测试整机的带外抑制状况,在缺少频谱仪或扫频仪的情况下,可用高频信号发生器和高频毫伏表综合测试并绘制通带特性曲线图,以分析指标的情况。

在业余条件下,用77或239收信机进行测听,可粗略的估计带外辐射的情况。其方法是,当发射机发射功率在100W时,用收信机在离发射天线50m远处,当发射机发射功率在10W时,用收信机在离发射天线20m远处,收信机用1m长的天线,不应听到其二次和三次谐波,尤其是不应测听到三阶互调的信号,即可判断为带外抑制基本达到要求。

二、天线和传输线与电台的匹配和调整

大部分业余电台都是使用自己架设的天线,然而,爱好者对天线和传输线的设计和调整却较为忽视。设计和调整不良的天线和传输线系统,其本身就是带外辐射源。天线长度的物理特性决定了天线的应用特点,天线材料本身的谐振特性决定于物理结构。理想的天线呈纯电阻性,但是,由于天线的架设高度及难以准确的在中心点作馈接,制作理想的呈纯电阻性的天线十分困难,因此,天线由于都具有一定的电抗,使其在被射频激励时将产生驻波,驻波不但使电台的效率下降,还由于和行波的复杂相位复合关系而使天线产生较大的谐波。因此,天线的驻波较大时,不但给电台带来危险,而且其产生的谐波和由此带来的带外辐射也成为严重问题。

同轴电缆是较好的馈线,但一定要注意与天线的阻抗匹配。一般而言,常用的DIP天线的特性阻抗依着两端的垂度而变化,在水平时大约为70Ω,在中心点与两条边为30~45度时大约为50Ω左右。由于绝大部分的发射机的输出阻抗为50Ω,因此应选用阻抗为50Ω的同轴电缆。“阻抗泵”效应将产生严重的谐波,因此,最好使用没有接头的电缆,即使非使用不可,其接头也应使用标准接头联接,而不能使用焊接的方法。另外,常用的DIP天线是平衡的,同轴电线是不平衡的,因此,一定在天线和同轴电缆之间加装平衡不平衡变换器,以减低带外干扰。

把天线的基本谐振频率调整到最佳程度,一般用驻波比表配合调整。这里介绍几种调试天线和电缆的方法,供读者参考。

1.利用标准电台调整天线。用健伍440、450S、爱康姆725、或其它型号的标准电台,与天线和电缆馈接后,在天线的设计频率的中心频率处用电台发射CW信号,观查驻波情况,找出最小的驻波频率,分析修剪天线长度的方式(加长还是剪短),如果找出的最小驻波频率在中心频率的高端,就应加长天线,如果最小的驻波频率在中心频率的低端,就应减短天线,每次修剪应细心,并且在每次0.5cm的范围内作修剪,而且要作焊接处理。这样多次的修剪后,可以把驻波比调整到1.1左右,并且调整发射机的发射功率,在5~100W之间时,以驻波比不应有明显的变化为最佳。

2.用电阻代替法(电压法)测量天线系统的阻抗(见图1)。如果没有上述的电台和驻波比表,可利用信号发生器串联高频电流表,结合上述第1项的方法调整。高频电流表可以用图1的方法自制。

图1
图1 🔍原图 (648×381)

第一种测试方法:测试天线系统的阻抗。

a.按图1连接仪器。

b.把开关S掷于1,调谐信号发生器在天线系统的工作频率上使电压表的指示最大,记下电压值。

c.把开关S掷于2,信号发生器不动,调谐电容C,使电压表指示最大,然后调整电阻R,使指示的电压与第二步记下的电压值相同。

d.把开关S掷于1,用欧姆表测量R的直流电阻,此电阻等于天线系统的阻抗。

第二种测试方法:调试天线系统的阻抗和工作频率。

a.按图1连接仪器。

b.把开关S掷于2,调谐信号发生器在所需工作频率上,调整电阻R为50Ω,调谐电容C,使电压表指示最大,记下电压值。

c.把开关S掷于1,信号发生器不动,观看电压值,调谐信号发生器在最大工作频率上,即为天线系统的工作频率,再参照利用标准电台调整天线的方法,调整天线的长度,直到在指定的工作频率上与所记下的电压值相等。

3.测量电缆的阻抗(见图2)。

图2
图2 🔍原图 (763×316)

当不知电缆的阻抗或利用陈旧的电缆时,由于不知电缆的阻抗情况,可用图2或图3介绍的方法测量,以便淘汰不属于50Ω或在几何位置变化时的阻抗也在变化的电缆。

图3
图3 🔍原图 (787×246)

第一种方法:扫频仪法。

a.按图2连接仪器。

b.调无感可变电阻的阻值在50Ω。

c.扫频仪应在电缆的工作频带内有平坦的特性曲线。

d.扫频仪如在工作频带不具有平坦的特性曲线,则调无感可变电阻的阻值,使扫频仪在工作频带具有平坦的特性曲线,此时的无感可变电阻的阻值即为电缆的阻值。

第二种方法:电阻法。

a.按图3连接仪器。

b.信号发生器调整应在电缆的工作频带内有相等的电压值。调整电阻为最大电压。

c.用欧姆表测量R的直流电阻,此电阻等于电缆的阻抗。

三、话筒放大电路的改制和调整

XD、XDD系列电台的话筒放大电路较为简单,因为音频信号必需在100mV才能达到平衡混频器的要求,过低,平衡混频器的输出的增益不够,使电台输出的单边带功率不足;过高(大于100mV),将增大电台输出的单边带功率,但这时的互调分量增大,将使三阶互调指标下降,造成带外辐射。不能使话放电路的输出超过100mV。

一般而言,可以用与单音信号(边带报)输出作比较的方法对话筒放大电路的工作情况作出判断。方法是,先在单边带报的状态下工作,观察其工作电流或天线电流并作记录,然后用边带话工作,应使其峰值电流为在单边带报的状态下工作时的工作电流或天线电流的4/5处即可。

业余调试时,自己可用77或239收信机就近调整:发信机接假负载,用录音机对话筒放送一音频信号,收信机不接天线,戴耳机接收信号,应能听到悦耳的被放送的音频信号。然后,在通过实际发射作QSO,请对方判断话音质量,根据具体情况再作最后的修正。(鞠曦)