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        從調(diào)頻廣播發(fā)射機到CDR廣播發(fā)射機中功放板的變化

        2018-08-01 07:58:44劉小雄
        西部廣播電視 2018年14期
        關(guān)鍵詞:調(diào)頻輸出功率發(fā)射機

        劉小雄

        (作者單位:江西省七0七電視臺)

        功放板是發(fā)射機的重要組成部分,每部發(fā)射機根據(jù)機器總功率的不同,同樣的功放板,不同的機型使用的數(shù)量不等。當發(fā)射機由普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機變?yōu)镃DR廣播發(fā)射機時,其信號源頻譜在原有模擬立體聲調(diào)頻廣播的基礎(chǔ)上,兩側(cè)增加了數(shù)字音頻廣播部分的數(shù)據(jù),其變化過程如圖1所示。

        CDR廣播發(fā)射機頻譜,如圖2所示。Pin為1 W時,輸出功率為10 W;Pin為2 W時,輸出功率為20 W,以此類推。這意味著輸出功率幾乎從零到最大值,增益都為常數(shù)。線性度可以用dB表示的1dB增益壓縮點或三階交截點來表達。

        通常把增益下降到比線性增益低1 dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1 dB壓縮點,典型情況下,當功率超過P1 dB時,增益將迅速下降并達到一個最大的或完全飽和的輸出功率。

        以飛思卡爾的MRFE6VP61K25H場效應(yīng)管為例,查其官方資料得到圖3。

        從圖3可以看出MRFE6VP61K25H的P1 dB為61.3 dBm,約為1333 W。如果此功放板應(yīng)用在調(diào)頻廣播發(fā)射機上,功放板工作在飽和區(qū),非線性狀態(tài),那么它的理論最大輸出功率可以達到1300 W左右;實物測試工作在88~108 MHz的MRFE6VP61K25H功放板,其輸出功率根據(jù)頻率不同在1100~1250W,增益在24 dB左右,輸出效率最大在78%左右,與資料提供的參數(shù)相符。

        當功放板需要放大數(shù)字音頻信號時,就需要工作在線性狀態(tài),這個時候,就要在P1 dB點回退3~4 dB,使實際的增益曲線向理想的增益曲線靠近,這個時候場效應(yīng)管就會工作在失真很小的線性狀態(tài)。以MRFE6VP61K25H為例,它的P1 dB為61.3 dBm,回退3~4 dB后,輸出功率約為57.3 dBm(537 W)。根據(jù)實際測量的模擬狀態(tài)的功放板的輸出功率,換算成數(shù)

        圖1 普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機頻譜示意圖

        圖2 CDR廣播發(fā)射機頻譜示意圖

        調(diào)頻廣播發(fā)射機的調(diào)制方式是FM調(diào)制,屬于非線性調(diào)制,對放大器沒有任何線性度指標要求。在這種情況下,為節(jié)省能源以及節(jié)約機器成本,普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機的功放板基本都工作在飽和區(qū),單功放板效率最高,線性指標最差。以MRFE6VP5600H的輸入輸出特性曲線為例,在實際使用中,單功放板的輸出功率均在600 W以上,實際測試效率在75%以上(供電48 V),其輸出功率和效率存在一定關(guān)系。

        當由調(diào)頻廣播發(fā)射機發(fā)展為CDR廣播發(fā)射機時,因為在原有頻譜的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字廣播部分,如果功放板繼續(xù)工作在飽和區(qū),非線性狀態(tài),會導(dǎo)致信號失真,完全無法正常使用。此時,就需要改變功放板的工作狀態(tài),讓其工作在線性區(qū)。

        對于要線性工作的所有晶體管,為使其工作點處于轉(zhuǎn)移特性線性區(qū)域,必須給予其一定量的正向偏置。理論線性意味著輸出功率線性跟蹤輸入功率,即字音頻狀態(tài),具體計算如下:1100~1250 W為,60.4~60.9 dBm,回退3~4 dB,其在調(diào)頻段輸出為,56.4~56.9 dBm,換算成功率為436.5~489 W。由圖4可知,當晶體管的輸出功率下降時,功放板的效率也會有所降低,所以,相比普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機,CDR數(shù)字音頻廣播發(fā)射機的整機效率較低。

        圖3 MRFE6VP61K25H場效應(yīng)圖

        圖4 調(diào)頻段輸出示意圖

        如果利用電臺現(xiàn)有機器以增益曲線回退的方法,暫時代替CDR調(diào)頻廣播級發(fā)射機,那么10 kW(70 dBm),回退后可以代替3980 W的CDR調(diào)頻廣播發(fā)射機,以此類推3 kW(64.7 dBm),回退后可以代替1174W的CDR調(diào)頻廣播發(fā)射機。

        目前,調(diào)頻廣播機常用的場效應(yīng)管基本都屬于LDMOS,N溝道型。LDMOS線性功率放大器的線性度受功放管的靜態(tài)工作點影響很大,如果要改變功放板的線性度,就需要改變功放管的靜態(tài)工作點。從LDMOS的I-V特性曲線圖5可以看出,源電壓為零時,不同Vgs下典型LDMOSFET的電流-電壓特性(VDS代表漏源電壓,IDS代表漏源電流)共分為4個區(qū)域:截止區(qū),在這個區(qū)Vg小于開斷電壓,VDS從零開始變大,電流IDS始終接近零;線性區(qū),又稱非飽和區(qū)或歐姆區(qū),Vg大于開斷電壓,溝道中電子未達到飽和,IDS隨VDS增加而線性增加;飽和區(qū),溝道中電子已經(jīng)完全達到飽和,VDS增加IDS變化很小,漏電流飽和;準飽和區(qū),Vgs很大時,IDS本身很大,但隨著Vgs的增大沒有明顯增加。

        從LDMOS的I-V特性曲線圖得知,在VDS確定的情況下,要改變功放板的工作狀態(tài),就要改變Vgs柵極電壓,從MRFE6VP61K25H的PDF資料可以看出,當Vgs增大時,場效管的IDQ會急劇增大,同時可以看出在IDQ一定的情況下,隨著溫度的上升,所需的Vgs會下降,在功放板實際使用中,場效應(yīng)管的溫度,會隨著使用很快升高,那么為了穩(wěn)定工作點,就需要在柵極增加溫補電路以此確保功放板持續(xù)工作在線性區(qū)。

        從以上可以看出,當調(diào)頻廣播發(fā)射機發(fā)展到CDR廣播發(fā)射機時,它的信號頻譜發(fā)生了變化,導(dǎo)致功放板需要工作在線性區(qū),而功放板的工作狀態(tài)的改變需要調(diào)整其柵極電壓,同時會使IDQ發(fā)生變化,而IDQ受溫度影響較大,就需要在功放板的柵極增加溫補電路,以此確保功放板穩(wěn)定工作,只有功放板穩(wěn)定工作了,整機才能穩(wěn)定的工作在CDR模式。

        圖5 LDMO S的I-V特性曲線圖

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