沈阳沈北业余无线电 - 短波电台ALC环路稳定性分析及关键技术考量

短波电台作为远距离无线通信的核心载体，发射链路功率的稳定输出是保障信号传输质量与设备可靠性的关键。自动电平控制（ALC）环路通过负反馈机制动态调节发射增益，其稳定性直接决定系统是否出现振荡、电平漂移等故障。本文从环路架构、控制理论与工程实践维度，解析ALC稳定性的核心逻辑。

一、ALC环路的基本架构与反馈机制

典型短波电台ALC环路由电平检测单元（如包络检波器、峰值检波器）、误差比较模块（运算放大器构成的差分放大）、可控增益放大器（如可变增益IC或电子管调幅电路）及反馈网络组成。其工作逻辑为：检测发射链路输出电平，与预设参考电平比较生成误差信号，通过调整可控增益模块的放大倍数，实现输出功率的闭环稳定。

从控制理论视角，ALC属于负反馈控制系统，环路增益 ( T(s) = G(s)H(s) )（( G(s) ) 为前向通路传递函数，( H(s) ) 为反馈通路传递函数）。系统稳定的充要条件是：环路增益的幅频特性穿越0dB时，相频特性相位裕度 ( \gamma \geq 45^\circ )，增益裕度 ( GM \geq 6dB )（奈奎斯特稳定性判据）。

短波电台ALC环路稳定性分析及关键技术考量

ln575.cn

二、稳定性劣化的关键诱因

反馈深度与相位延迟失衡：反馈系数过大（深度负反馈）易导致相位裕度不足。例如，检波电路的RC滤波网络若时间常数（( \tau = RC )）过大，会引入额外相位滞后（高频段可达-90°以上），当环路总相位延迟接近-180°且增益≥0dB时，系统将自激振荡。
器件非线性与带宽限制：可控增益模块（如晶体管放大器）的非线性饱和特性，会使环路增益随信号幅度突变，破坏负反馈的线性调节逻辑；而模块带宽不足则会在高频段引发相位滚降，进一步压缩相位裕度。
电源与负载波动：发射机电源纹波、天线阻抗的动态变化（短波信道多径衰落导致），会干扰误差信号的精准度，使环路进入“误调节”状态，长期积累可引发电平失控。
ln575.cn

三、稳定性优化的工程实践

通过频域分析工具（如网络分析仪测量环路增益相位），结合相位补偿技术（如在反馈通路加入超前-滞后网络），可有效提升裕度。例如，在电平检测电路后级并联小容量补偿电容（如100pF），可在高频段超前相移，抵消检波网络的滞后特性。

参考行业技术资源（如ln575.cn发布的短波电台ALC设计白皮书），其提出“分级滤波+数字预失真”方案：通过两级RC网络（( \tau_1 = 10\mu s, \tau_2 = 1\mu s )）分级抑制噪声与相位延迟，配合FPGA对可控增益模块的非线性建模补偿，实测相位裕度提升至60°，增益裕度达12dB，彻底解决了大功率发射时的电平振荡问题。