杜志忠

摘 要：調頻激勵器是調頻廣播的心臟，本文介紹了調頻廣播激勵器的發(fā)展，激勵器系統(tǒng)的組成，硬件電路的工作原理和軟件實現(xiàn)的功能。

關鍵詞：DSP；立體聲編碼；ALC

中圖分類號：TN934.2 文獻標識碼：A

調頻廣播可以實現(xiàn)立體聲和多路廣播，具有高保真度，信噪比高，沒有串擾，效率高及體積小使用方便等優(yōu)點，因此調頻廣播的聽眾越來越多。近幾年調頻廣播的技術不斷更新，特別是調頻廣播的激勵器。作為調頻發(fā)射機的核心，激勵器將輸入的音頻信號及附加業(yè)務信號合并處理成基帶信號，然后將基帶信號調制到調頻載波的頻率范圍（87MHz～108MHz）內，已調信號由激勵器放大器放大后輸出。調頻激勵器負責調頻發(fā)射機的信息處理，又擔負了發(fā)射機的一部分故障報警處理。調頻激勵器的性能決定了發(fā)射機的優(yōu)劣，它還對發(fā)射機整機的工作進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)整機輸出功率異常時進行自身功率輸出的調整，來保證發(fā)射機整機和激勵器自身的正常工作。

一、調頻激勵器的發(fā)展

調頻激勵器依據(jù)信號處理方式的不同，分成模擬激勵器和數(shù)字激勵器。數(shù)字激勵器的主要技術是利用DSP（數(shù)字信號處理）和DDS（數(shù)字頻率直接合成），具有高信噪比，低失真，易于組建單頻同步廣播網，主要用于DAB（數(shù)字音頻）廣播系統(tǒng)。模擬激勵器采用頻率調制技術和模擬信號處理，經過多年的技術發(fā)展模擬激勵器的技術指標基本和數(shù)字激勵器差不多，同時為了適應數(shù)字廣播技術的發(fā)展，支持數(shù)字音頻格式的輸入，模擬激勵器在模擬載波調制技術的基礎上，增加了數(shù)字音頻接口，對輸入的音頻信號進行DSP處理編碼，編碼后的信號經過了數(shù)/模轉換后再進行調制。這種方式適應了技術發(fā)展的需要，也為以后數(shù)字廣播奠定了基礎。

雖然數(shù)字激勵器的性能要優(yōu)于模擬激勵器，但它的成本遠高于模擬激勵器，同時經過多年的發(fā)展，模擬激勵器的使用范圍非常廣泛，今后一段時間還將是調頻廣播的主要激勵器。本文介紹的是新型模擬激勵器。它由硬件電路和軟件系統(tǒng)兩個部分構成，硬件電路實現(xiàn)了對調制音頻信號的處理編碼，合成基帶信號后完成調頻調制，然后由功放級放大輸出射頻信號；軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對硬件電路工作狀態(tài)的監(jiān)控，并依據(jù)要求實現(xiàn)的功能對發(fā)射機進行智能化管理。

二、調頻激勵器的硬件構成與工作原理

調頻發(fā)射機的硬件電路采用模塊化設計，包括音頻處理器模塊、調頻調制器、激勵器功放、控制顯示通訊系統(tǒng)、電源模塊和風機。

1 音頻處理器模塊。音頻處理器模塊的主要功能是實現(xiàn)立體聲編碼，立體聲編碼的制式有兩種，抑制副載波調幅方式（導頻制）和極化調制方式（雙邊帶調幅）。當前世界范圍廣泛采用的是“導頻制”。目前比較先進的音頻處理器模塊都支持單聲/立體聲/復合信號的處理，及附加業(yè)務信道，同時提供數(shù)字音頻（AES/EBU）的音頻接口。音頻處理器模塊包括預處理電路，預加重電路，低通濾波器，立體聲編碼器電路和限幅器。

預處理電路調整輸入左、右路音頻信號的幅度，實現(xiàn)平衡或不平衡的阻抗選擇，設置音頻衰減量，將一定范圍內的音頻信號電平設置為標稱電平，輸入標稱電平時輸出的基帶信號相對載波的頻偏為75kHz。預加重電路提供預加重常數(shù)選擇，通過選擇開關選擇50μs或75μs常數(shù)。低通濾波器將15kHz及以上的雜波信號濾除，保證30Hz～15kHz的音頻信號通過，同時抑制了導頻信號（19kHz），對導頻和大于導頻的雜波抑制度超過50dB，在30Hz～15kHz的音頻范圍內的平坦度低于0.1dB。立體聲編碼器有矩陣式、硬開關和軟開關三種編碼方式，常用的編碼方式為軟開關方式，它具有低失真和高分離度的優(yōu)點，軟開關將左右路信號和導頻混合處理，編碼后的信號有導頻音、左右路信號、復合信號、抑制副載波的左右路信號差S，好的立體聲編碼器的失真度小于0.1%，分離度大于65dB。限幅器處理輸入超過標稱電平的音頻信號，控制輸出基帶復合信號的幅度，降低總的調制頻偏。

2 調制器電路。調頻載波由集成鎖相環(huán)路產生，并將編碼器的基帶信號調制到載波上。采用集成鎖相環(huán)路技術使調制器控制和設置頻率變得容易，跟蹤特性良好，頻率穩(wěn)定度高（±1ppm以內）。調制器電路包括VCO電路，鎖相頻率合成電路，電平調理電路，環(huán)路濾波器，捕捉帶控制電路，電調衰減器和放大電路。

電平調理電路調整合成基帶信號的幅度，使標稱音頻電平輸入時頻偏控制在75kHz（調制度為100%）。VCO振蕩器采用變容二極管直接調頻方式輸出振蕩信號。鎖相頻率合成器電路具有鑒相器和分頻功能，VCO振蕩頻率分頻后與基準頻率鑒相比較后輸出的差拍信號送至環(huán)路濾波器進行鎖定，輸出直流信號。環(huán)路濾波器濾除混在差拍信號中的高頻干擾及和頻成分后將信號送至VCO中，使振蕩信號接近鎖定值。撲捉帶控制電路先擴大捕捉范圍，支持快速鎖定，鎖定后捕捉范圍減小，降低干擾。提供電調衰減器，支持功率輸出的自動控制。輸出放大級對VCO輸出的射頻信號放大，使信號能夠驅動激勵器的功放，同時提高激勵器的抗干擾能力。

3 激勵器功放。激勵器功放由推動級、末級功放、低通濾波器和定向耦合器組成。推動級和末級功放將已調載波信號放大，通過低通濾波器濾除載波的高次諧波后經定向耦合器輸出。末級功放管一般工作于丙類工作狀態(tài)，目前許多激勵器的功率控制環(huán)節(jié)（ALC）通過調整末級功放管的集電極電壓或推動級的MOS場效應管柵極電壓來對激勵器功率輸出調整。定向耦合器一般采用微帶方式，也有采用傳輸線或電容耦合方式，功率檢波一般采用二極管峰值檢波，現(xiàn)在較新的辦法是采用線性功率檢波器。

4 控制顯示通訊系統(tǒng)。控制顯示通訊系統(tǒng)負責用戶設置激勵器的工作參數(shù)，查詢激勵器的運行狀態(tài)顯示，監(jiān)視和維持激勵器的正常工作，與調頻發(fā)射機末級功放形成環(huán)路實現(xiàn)整機的自動功率控制。提供遠程通訊接口，實現(xiàn)遠程對激勵器的控制管理。

5 電源模塊和風機。激勵器電源模塊過去多采用線性變壓器，現(xiàn)在一般多采用開關電源，采用開關電源的好處是有效地降低了EMI和電源紋波的干擾，而且功耗很低。激勵器風機吹走了激勵器末級功放產生的熱量，保證了激勵器的正常運行。

三、激勵器軟件系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

完備的激勵器控制軟件至少要實現(xiàn)人機通話，遠程遙控，實時監(jiān)測，存儲查詢數(shù)據(jù)，故障報警保護，切換工作狀態(tài)等功能。

軟件系統(tǒng)提供可靠的人機通話界面，方便用戶提供輸入設置和查詢，顯示激勵器開機至關機的各種狀態(tài)參數(shù)。激勵器軟件支持聯(lián)網，保證遠程管理計算機聯(lián)網通訊，完成遠程遙控功能，一般激勵器提供網絡接口、USB接口和串行通訊接口（RS232），實現(xiàn)對激勵器的在線工作參數(shù)修改和狀態(tài)查詢。軟件具備監(jiān)控功能，實現(xiàn)對當前激勵器和整機運行狀態(tài)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，實時更新顯示的數(shù)據(jù)狀態(tài)，維持激勵器和整機形成ALC功率自動控制及激勵器內環(huán)功率穩(wěn)定輸出。軟件系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)分析能力，當激勵器或發(fā)射機的運行數(shù)據(jù)異常時，提供報警并執(zhí)行相關保護動作，同時記錄故障信息，為用戶提供故障查詢。提供數(shù)據(jù)存貯功能，存儲的功能包括對用戶設置的工作參數(shù)，激勵器和發(fā)射機運行的狀態(tài)參數(shù)，查詢存儲的歷史數(shù)據(jù)方便用戶對發(fā)射機和激勵器自身的長期運行狀態(tài)提供預測分析。當前為了確保發(fā)射機的正常播出，多采用雙激勵器熱備份主備工作方式，激勵器軟件需要支持工作狀態(tài)在主和備工之間快速切換的功能。

此外一個良好的激勵器軟件系統(tǒng)還應該支持智能化控制，自動識別內外環(huán)工作狀態(tài)，對運行狀態(tài)的緩慢變化具備長期監(jiān)測和緩慢糾正恢復的功能，具備定期自檢功能，當激勵器自身運行出現(xiàn)故障后自動復位，重啟系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)良好的自檢糾錯能力是保證設備實現(xiàn)無人值守的關鍵。同時還要具備支持擴展功能和方便用戶系統(tǒng)升級。

結語

隨著數(shù)字技術和互聯(lián)網技術的快速發(fā)展，調頻廣播在一定程度上受到來自新媒體的沖擊，但由于移動接收用戶（家用汽車普及）的增加及調頻廣播的立體聲魅力，使調頻廣播的地位得到了增強，調頻廣播還有很大的發(fā)展空間。本文對調頻激勵器的功能與原理的分析對電臺維護人員具有一定的參考意義。

參考文獻

[1]王艷玲.談談數(shù)字調頻激勵器的原理與故障檢修[J].通訊世界，2015（04）：3-4.