楊 彬

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局包頭廣播發(fā)射中心臺(tái)，內(nèi)蒙古包頭 014010

淺談中波廣播發(fā)射機(jī)的技術(shù)發(fā)展

楊 彬

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局包頭廣播發(fā)射中心臺(tái)，內(nèi)蒙古包頭 014010

隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的技術(shù)應(yīng)用到了中波廣播領(lǐng)域，提高了中波廣播發(fā)射機(jī)的效率，多種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了中波廣播發(fā)射效率的提高。本文簡(jiǎn)要介紹了全固態(tài)中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的組成，通過(guò)對(duì)全固態(tài)中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的詳細(xì)介紹，體現(xiàn)了中波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)的重要性。

全固態(tài)；中波廣播；發(fā)射系統(tǒng)

1 概述

一直以來(lái)，中波廣播都是信息傳播的重要途徑，是廣播電視領(lǐng)域中非常重要的組成部分。中波廣播發(fā)射機(jī)的發(fā)展是調(diào)制方式逐步完善的過(guò)程。早期的發(fā)射機(jī)采用真空電子管進(jìn)行調(diào)制，工作方式為模擬調(diào)制，因此發(fā)射機(jī)存在著固有的非線性和線性失真問(wèn)題，所以很容易產(chǎn)生自激振蕩問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致整機(jī)效率非常低，同時(shí)真空電子管的使用壽命短，導(dǎo)致電臺(tái)的維護(hù)成本高昂。后來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，中波發(fā)射機(jī)逐步采用晶體管和脈寬調(diào)制技術(shù)，線性和非線性失真得到了克服，同時(shí)也大幅度的提高了其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。然而使得中波廣播的調(diào)制方式和音頻處理真正發(fā)生飛躍性改變的是全固態(tài)發(fā)射機(jī)，全固態(tài)發(fā)射機(jī)能夠被大家認(rèn)可并且很快地得到了普及推廣與它的調(diào)制方式密不可分，數(shù)字調(diào)制的轉(zhuǎn)變是調(diào)制方式的重大變革，不僅大幅提升了整機(jī)的穩(wěn)定性，而且改善了電聲指標(biāo)，還提高了整機(jī)效率等。

中波廣播是指頻率在300kHz～3MHz的無(wú)線電波，它是以地面波傳播并輔以電離層反射波傳輸?shù)膫鞑シ绞?，傳輸距離會(huì)隨著發(fā)射功率的增加而增加。中波廣播發(fā)射功率在向外輻射的過(guò)程中受到多徑干擾的影響不大，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量不會(huì)發(fā)生較大的變化，同時(shí)由于采用AM調(diào)制方式，解調(diào)方式比較簡(jiǎn)單，接收機(jī)容易制造和普及，因此中波廣播一直是數(shù)十年來(lái)的重要廣播覆蓋手段。當(dāng)前中波廣播發(fā)射系統(tǒng)在廣播行業(yè)方面仍占據(jù)著重要的位置。

2 中波發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的組成

目前的中波發(fā)射機(jī)系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、音頻調(diào)制系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)這5部分一起構(gòu)成。

1）電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)通過(guò)整流模塊把交流電源轉(zhuǎn)化為不同電壓值的直流電源，分別為發(fā)射機(jī)的音頻調(diào)制系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)提供動(dòng)力電，并根據(jù)冷卻系統(tǒng)需要來(lái)提供直流電源或者交流電源。

2）音頻調(diào)制系統(tǒng)。在脈寬調(diào)制發(fā)射機(jī)中，輸入的調(diào)制音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)換為脈沖寬度信號(hào)，由功放系統(tǒng)對(duì)脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率放大。通過(guò)低通濾波器后的大功率模擬音頻電壓就是被解調(diào)的脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)，它提供了射頻功率放大器的工作電源，對(duì)功放系統(tǒng)輸出的RF電壓進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制，得到調(diào)幅波信號(hào)。

在數(shù)字幅度調(diào)制發(fā)射機(jī)中，把控制射頻輸出功率的直流信號(hào)和經(jīng)過(guò)音頻處理器后的音頻信號(hào)疊加，之后對(duì)一些必要的模擬量進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償成為連續(xù)變化的模擬信號(hào)，然后通過(guò)模/數(shù)變換器變成離散的二進(jìn)制數(shù)字音頻信號(hào)。數(shù)字音頻信號(hào)被調(diào)制編碼電路編碼后對(duì)發(fā)射機(jī)功率進(jìn)行控制，決定開(kāi)啟和關(guān)閉功放模塊的數(shù)量，確定發(fā)射機(jī)輸出功率的電平。

為了實(shí)現(xiàn)DRM數(shù)字音頻廣播，需要配備數(shù)字音頻接口（AES/EBU音頻接口），該接口技術(shù)遵循了2007年頒布實(shí)施的GY/T225-2007技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該接口可以與原發(fā)射機(jī)音頻接口相互切換作為調(diào)制信號(hào)的輸入接口。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻廣播，結(jié)合數(shù)字頻率合成DDS技術(shù)，改良后的音頻調(diào)制系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字雙重音頻同步廣播。

3）射頻系統(tǒng)。信號(hào)源：頻率合成技術(shù)在全固態(tài)中波機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。它既能保證中波發(fā)射機(jī)輸出頻率的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度，又能適應(yīng)更換頻率的需要。溫補(bǔ)晶體振蕩器電路為DDS數(shù)字頻率合成器提供基準(zhǔn)頻率，高精度的基準(zhǔn)頻率經(jīng)倍頻器電路倍頻后作為DDS電路的參考輸入頻率，單片機(jī)和撥碼預(yù)置電路確定了載波頻率的控制字，頻率控制字對(duì)應(yīng)確定頻率合成器輸出的載波頻率，通過(guò)改變撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的頻率控制字選擇合適的工作頻率。

前級(jí)放大：要推動(dòng)功率放大器的射頻功率信號(hào)，信號(hào)源輸出的載波信號(hào)必須被放大。一般的前級(jí)放大都被設(shè)計(jì)成高輸入阻抗，低輸出阻抗。為了保證射頻功率放大器能夠安全高效地工作，首先要提高系統(tǒng)的信噪比，可以通過(guò)減小分布電容Cs來(lái)提高信噪比，其次要減少外界干擾的相對(duì)影響，信號(hào)經(jīng)過(guò)前級(jí)放大初步被放大了，外界干擾幅度相對(duì)減小。然后做到布局合理，以便于使用和調(diào)節(jié)，與主功率放大不同，前級(jí)放大是非調(diào)節(jié)式的，最后是阻抗轉(zhuǎn)換和阻抗匹配的實(shí)現(xiàn)。

功率放大器：調(diào)制信號(hào)要想獲得足夠大的射頻功率就必須經(jīng)過(guò)功率放大器進(jìn)行放大，然后才能被輸送到功率合成器。當(dāng)前大中功率發(fā)射機(jī)都采用循環(huán)調(diào)制編碼技術(shù)，該技術(shù)可以使發(fā)射機(jī)機(jī)的RF功放系統(tǒng)的功放模塊按照一定的順序交替開(kāi)啟和關(guān)閉，使功放系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量可以平均分配給整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)模塊，同時(shí)當(dāng)個(gè)別功放模塊產(chǎn)生故障時(shí)，循環(huán)調(diào)制電路具有自動(dòng)檢測(cè)功能，可以把故障模塊檢測(cè)出來(lái)，同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)碼，把用空余模塊替補(bǔ)故障模塊。因此該技術(shù)的采用使功放系統(tǒng)的功放模塊的利用率得到了提高，同時(shí)也延長(zhǎng)了功放模塊場(chǎng)效應(yīng)管的使用壽命，而個(gè)別模塊的故障也不會(huì)影響發(fā)射機(jī)整機(jī)的功率輸出，對(duì)發(fā)射機(jī)的失真、噪音和頻響等技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有任何影響。為了節(jié)約發(fā)射機(jī)的能耗，且不影響接收機(jī)接收的音頻信號(hào)質(zhì)量和信號(hào)覆蓋的范圍，當(dāng)前的調(diào)幅發(fā)射機(jī)一般都具有浮動(dòng)載波技術(shù)，采用該技術(shù)發(fā)射臺(tái)大幅度的降低了設(shè)備運(yùn)行成本。因?yàn)閿?shù)字循環(huán)調(diào)制發(fā)射機(jī)調(diào)制級(jí)的“音頻+直流”參數(shù)決定了其輸出功率和調(diào)制度的大小，其中輸出載波功率的幅度由輸入直流信號(hào)的幅度決定。當(dāng)調(diào)制度大而載波功率較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)負(fù)峰削波現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)負(fù)峰輸出電平來(lái)控制載波功率的電平幅度。浮動(dòng)載波技術(shù)在確保不改變邊帶功率的條件下使載波功率隨著調(diào)制度的變化進(jìn)行線性變化，采用浮動(dòng)載波時(shí)的邊帶功率要明顯比不采用浮動(dòng)載波時(shí)的大，因此采用浮動(dòng)載波技術(shù)確保了當(dāng)調(diào)制度較大時(shí)載波不會(huì)跌落，又保證了接收機(jī)的響度，減小了對(duì)收聽(tīng)不起作用的載波功率的浪費(fèi)，可以說(shuō)采用浮動(dòng)載波技術(shù)能夠降低大量的能耗。

功率合成器：功率合成器通過(guò)功率合成變壓器將每個(gè)功放模塊輸出的射頻電壓疊加在一起，通過(guò)帶通濾波器輸出已調(diào)調(diào)幅波信號(hào)。功率合成變壓器的初級(jí)是每個(gè)功放模塊的輸出線圈，次級(jí)是一跟銅棒穿過(guò)各功放模塊輸出線圈的磁芯來(lái)進(jìn)行耦合。在次級(jí)完成總的RF信號(hào)的合成，合成后的RF信號(hào)饋送給輸出網(wǎng)絡(luò)的帶通濾波器。

輸出網(wǎng)絡(luò)：輸出網(wǎng)絡(luò)的主要作用就是保證信號(hào)質(zhì)量，濾除掉不需要的音頻帶外諧波和雜波成分，使已調(diào)波信號(hào)變成光滑的正玄波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)與天饋系統(tǒng)的阻抗匹配，當(dāng)天饋線系統(tǒng)發(fā)生較大的變化導(dǎo)致輸出網(wǎng)絡(luò)與不能實(shí)現(xiàn)良好的匹配，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)出現(xiàn)較大的駐波現(xiàn)象，必須對(duì)輸出網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整使天線駐波比在合適的范圍內(nèi)。

4）冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)是中波發(fā)射機(jī)不可缺少的組成部分，是發(fā)射機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。中波發(fā)射機(jī)的冷卻系統(tǒng)可分為：強(qiáng)迫式風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷體統(tǒng)，一般大功率的中波發(fā)射機(jī)采用水冷系統(tǒng)，中小功率的發(fā)射機(jī)采用強(qiáng)迫式風(fēng)冷系統(tǒng)。風(fēng)冷系統(tǒng)最好用空氣進(jìn)入排除通道和濾塵網(wǎng)，保證發(fā)射機(jī)內(nèi)部的清潔，避免機(jī)器老化和其它故障產(chǎn)生。

5）監(jiān)控系統(tǒng)。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射機(jī)廣泛采用了以單片機(jī)電路為核心的智能控制電路，采用軟、硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的顯示、控制和故障報(bào)警進(jìn)行監(jiān)控，代替了傳統(tǒng)的復(fù)雜硬件控制電路。用LCD觸摸屏代替了原有的指針式儀表，使電流、電壓、及故障可以直觀的顯示出來(lái)，LCD觸摸屏能夠觀察機(jī)器的全部各種主要數(shù)據(jù)以及運(yùn)行狀態(tài)并且可以實(shí)現(xiàn)快速操作控制和界面狀態(tài)顯示以及提高界面對(duì)話的便捷程度。采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，做到無(wú)人值守，遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。

3 結(jié)論

隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的技術(shù)應(yīng)用到了中波廣播領(lǐng)域，提高了中波廣播發(fā)射機(jī)的效率，多種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了中波廣播發(fā)射效率的提高。未來(lái)的中波廣播發(fā)射機(jī)必然是以高效率、低功耗、體積小的高度集成為目標(biāo)，在滿足工作需要的前提下降低能耗，提高設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)。

[1]李飛，呂毅.全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)維護(hù)技術(shù)探析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（9）：207.

[2]潘攀.中波廣播監(jiān)測(cè)的技術(shù)要點(diǎn)[J].廣播與電視技術(shù)，2010，37（5）：119-121.

G2

A

1674-6708（2016）177-0032-02

楊彬，內(nèi)蒙古新聞出版廣電局包頭廣播發(fā)射中心臺(tái)。