DX系列中波廣播發(fā)射機(jī)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)分析

孫昌龍

【摘要】目前中波廣播發(fā)射臺使用的主流發(fā)射機(jī)為DX系列發(fā)射機(jī)，它采用DAM調(diào)制方式（數(shù)字幅度調(diào)制），即把音頻信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和編碼后產(chǎn)生數(shù)字音頻信號作為調(diào)制信號來控制功放模塊的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)調(diào)制的過程。

【關(guān)鍵詞】專業(yè)術(shù)語；調(diào)制信號；功率放大級；調(diào)制過程

數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機(jī)的幅度調(diào)制是這樣實(shí)現(xiàn)的，即在每一時刻必須開通一定數(shù)量的功率放大模塊，來產(chǎn)生該瞬時音頻調(diào)制信號所對應(yīng)的射頻輸出電壓。所以數(shù)字調(diào)幅又稱作量化的幅度調(diào)制，它是融幅度調(diào)制與數(shù)字處理于一體。音頻信號經(jīng)數(shù)字處理后，得出12Bit的數(shù)字字節(jié)，并對它們進(jìn)行編碼，再由調(diào)制編碼器的數(shù)字輸出信號來控制各個射頻功率放大模塊的接通和關(guān)閉，同時調(diào)制編碼器的數(shù)字輸出信號按一定的規(guī)律移位來達(dá)到循環(huán)調(diào)制的目的，最后通過功率合成，根據(jù)接通射頻功率放大模塊數(shù)量的多少，來控制發(fā)射機(jī)輸出的射頻電平。然后經(jīng)帶通濾波器去除量化臺階和不需要的諧波分量，就得到了射頻已調(diào)波信號。

一、專業(yè)術(shù)語

數(shù)字幅度調(diào)制不同于傳統(tǒng)的模擬調(diào)幅（AM），分析它的調(diào)制原理首先要了解一些專業(yè)術(shù)語知識。

模擬量：代表連續(xù)變化信號，如來自麥克風(fēng)的音頻信號、唱盤信號、直流信號等等。

數(shù)字量：代表數(shù)字或離散的信號。

模擬信號的變化是連續(xù)的，數(shù)字信號的變化是步進(jìn)的。模擬量可以有無限數(shù)量的值，數(shù)字信號只能有有限個數(shù)量的值。

二進(jìn)制：只有兩種參考值，即只能用0和1來表示。二進(jìn)制也可以用代表每位是下一位的一半或2倍的一連串的數(shù)字表示。例如：DX10KW發(fā)射機(jī)中二進(jìn)制RF放大器的臺階：1/2臺階、1/4臺階、1/8臺階、1/16臺階、1/32臺階和1/64臺階，下一個臺階的獲得是對前一個臺階的除2得到。

數(shù)字字節(jié)：字節(jié)是由代表一個完整的數(shù)字信息（一組二進(jìn)制的數(shù)）組成。在這里使用的數(shù)字字節(jié)代表序列由0或1組成的2進(jìn)制的數(shù)，字節(jié)中位的數(shù)目代表數(shù)字的總數(shù)目。

MSB：最大位的縮寫，在一個數(shù)字字節(jié)中，最大位代表最大的變化。

LSB：最小位的縮寫，在一個數(shù)字字節(jié)中，最小位代表最小的變化。

位1、位2、符，在1個12位數(shù)字字節(jié)中，位是從1到12編號的，第1位即是MSB，第12位是LSB一個數(shù)字字節(jié)只能代表一個有限的數(shù)目，它由數(shù)字字節(jié)中的位數(shù)決定。若n=數(shù)字字節(jié)中位數(shù)的數(shù)目，那2的n次方=由此字節(jié)所能代表的數(shù)目。例如：一個數(shù)字字節(jié)有6位，它可以代表2的6次方=64個量，若一個數(shù)字字節(jié)有12位，它可以代表2的12次方=4096個量。每一位的“值”：最低位（LSB）代表一個單位，下一位代表2個單位，最高位（MSB）代表此字節(jié)所能代表的總數(shù)的一半。例如：在一個6位的“數(shù)字字節(jié)”中它可以代表數(shù)目為64：第1位代表32個單位，第2位代表16個單位，第3位代表8個單位，第4位代表4個單位，第5位代表2個單位，第6位代表1個單位。

二、調(diào)制信號

調(diào)制音頻信號被附加到直流上，即“音頻+直流”信號，被模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路變換為一個12位的數(shù)字字節(jié)，然后由調(diào)制編碼電路來處理，用來控制獨(dú)立的RF放大模塊的開/關(guān)。模/數(shù)變換處理過程首先是將一個高速采樣電路將時間分為相等的時間間隔，接著在每一個時間間隔里采樣并記錄模擬信號的幅度，然后對于每次所記錄的采樣，轉(zhuǎn)換出一個代表采樣的模擬信號幅度的12位數(shù)字字節(jié)。DX10KW中波廣播發(fā)射機(jī)有48個功放模塊，代表了42個“大臺階”和6個“小臺階”。12位數(shù)字字節(jié)在調(diào)制編電路上完成編碼后，去控制代表“臺階”的RF放大器，這12位的數(shù)字字節(jié)被分為2組信息，前6位（B1～B6）形成一個6位的數(shù)字字節(jié)，用它來控制42個“大臺階”RF放大器，后6位（B7～B12）每一位用來控制一路“小臺階”RF放大器。12位數(shù)字字節(jié)的高6位（B1～B6）被送到尋址ROM只讀存儲器中，尋址ROM的輸出用來控制42個“大臺階”的RF放大器。12位字節(jié)中的高6位用來表示任一時刻開啟的“大臺階”RF放大器模塊數(shù)目。例如：010010/XXXXXX=18個開啟的大臺階，101010/XXXXXX=42個開啟的大臺階，000000/XXXXXX=0個開啟的大臺階。12位數(shù)字字節(jié)中的低6位（B7～B12）每位控制一個“小臺階”RF放大器。如果這位數(shù)為“1”，與之相應(yīng)的“小臺階”RF放大器被開啟。例如：XXXXXX/000001=B12開啟，XXXXXX/000011=B11、B12開啟，XXXXXX/010011=B8、B11、B12開啟。

在理想情況，10KW載波時，模/數(shù)變換器采樣“直流+音頻”的直流部分，開啟18個“大臺階”RF放大器模塊，同時沒有“小臺階”RF放大模塊開啟，即：010010/000000。當(dāng)音頻信號送到發(fā)射機(jī)上時，“音頻+直流”信號的音頻部分被模數(shù)變換器采樣，“小臺階“放大器開始開啟，直到12位數(shù)字字節(jié)的低6位全為“邏輯高”，即010010/111111。當(dāng)音頻信號繼續(xù)增加，“小臺階”放大器模塊全部關(guān)閉，同時另一個“大臺階”RF放大模開啟，即010011/000000。這一過程持續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到正峰值調(diào)制。對于10KW載波100%調(diào)制時，將有相當(dāng)于載波的2倍的“大臺階”功放模塊開啟，即36個，數(shù)字字節(jié)為：100100/000000。

三、功率放大級

發(fā)射機(jī)的功放級使用48個固態(tài)RF放大器模塊，這些RF放大模塊是42個同樣的“大臺階”RF電壓放大器（A1～A42）和6個“小臺階”RF電壓放大器（B7～B12）。每個RF放大模塊可以被快速開/關(guān)，這48只RF放大器的RF輸出電壓（臺階），經(jīng)功率合成后產(chǎn)生發(fā)射機(jī)的RF輸出電壓。調(diào)幅發(fā)射機(jī)的RF輸出電壓隨著輸入的音頻調(diào)制信號變化而變化，每個RF放大模塊提供固定的輸出電壓，RF輸出電壓隨著開啟放大器模塊的數(shù)量而變化。對于載波功率而言，有固定數(shù)量的RF放大模塊被開啟。若音頻信號增加，將有更多的放大模塊被開啟。若音頻信號降低將有些RF放大模塊被關(guān)閉。因?yàn)橐纛l輸入從一個常量變化到另一個常量，所以RF放大器模塊被開啟的數(shù)量也隨之改變。當(dāng)載波無調(diào)制時，只有產(chǎn)生載波時所需功率的RF放大器模塊被開啟；當(dāng)正峰值調(diào)制時，發(fā)射機(jī)需要一個很高的RF輸出電壓，此時大部分RF放大模塊被開啟；當(dāng)100%負(fù)峰調(diào)制，發(fā)射輸出的功率為零，所有的RF放大模塊被關(guān)閉。

隨著42個“大臺階”放大器的開啟/關(guān)閉，RF輸出以相等的電壓臺階變化，而不是相同的功率臺階，這是由輸出功率合成器的工作特性所決定的。在100%正峰值調(diào)制時，功率合成器的RF輸出電壓為原來的2倍。對于100%負(fù)峰值調(diào)制時，功率合成器的RF輸出電壓為零。在載波功率為10KW時，相應(yīng)有18個“大臺階”RF放大器模塊開啟，當(dāng)有音頻輸入時，有36個“大臺階”RF放大器模塊開啟對應(yīng)于100%正峰值調(diào)制和所有模塊關(guān)閉對應(yīng)于100%負(fù)峰值調(diào)制?！靶∨_階”RF放大器模塊的開啟是為了完成“大臺階”RF電壓臺階間平滑過度。當(dāng)所有的“小臺階”都開啟時，他們的總的幅度相當(dāng)于一個“大臺階”電壓的63/64。這6個“小臺階”分別為：B7=1/2大臺階RF電壓，B8=1/4大臺階RF電壓，B9=1/8大臺階RF電壓，B10=1/16大臺階RF電壓，B11=1/32大臺階RF電壓，B12=1/64大臺階RF電壓。

四、調(diào)制過程

DX系列中波發(fā)射機(jī)的調(diào)制過程是音頻信號傳輸至發(fā)射機(jī)，然后轉(zhuǎn)換成射頻功放模塊的開/關(guān)控制信號的過程，射頻放大器被導(dǎo)通和截止，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制電平和瞬時載波。數(shù)字音頻通路包括模擬輸入電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，調(diào)制編碼電路和B-電源電路組成。音頻信號送至模擬輸入電路后，經(jīng)貝塞爾函數(shù)濾波器將10KHz以上的頻率濾除，音頻信號變得平滑，加入決定載波功率大小的直流電平，為載波功率提供了音頻調(diào)制軌跡，此“音頻+直流”信號再被送入A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成一個“12bit”的數(shù)字音頻信號，加到調(diào)制編碼電路，在調(diào)制編碼電路上轉(zhuǎn)換成控制RF功放模塊導(dǎo)通和截止的控制信號，控制“大臺階”和“小臺階”功放模塊的關(guān)斷。發(fā)射機(jī)的瞬時調(diào)制電平和載波功率電平由載波頻率的采樣所決定，每個獨(dú)立的功率模塊的輸出在RF功率合成器上進(jìn)行功率合成，功率放大級的RF輸出以很小的臺階變化（它們是一些離散量），它們被送到帶通濾波中使其步進(jìn)量間變化得更平滑一些。

總之，DX系列中波發(fā)射機(jī)的幅度調(diào)制分3步進(jìn)行：首先，輸入的音頻信號變成“音頻+直流”信號，再變換成一個數(shù)字串（12位的數(shù)字字節(jié)），這個數(shù)字串是一個“數(shù)字音頻”信號；第二，“12bit”數(shù)字信號被調(diào)制編碼電路編碼為功放級提供所需的開/關(guān)控制信號；第三，開/關(guān)控制信號被用來對獨(dú)立的RF放大器模塊進(jìn)行“導(dǎo)通或截止“的操作。簡而言之，音頻輸入的大小決定了射頻輸出幅度的大小，這就是數(shù)字幅度調(diào)制。

五、結(jié)束語

數(shù)字幅度調(diào)制技術(shù)在中波廣播發(fā)射機(jī)中的使用，使調(diào)幅廣播也能提供較高質(zhì)量、低失真的音頻信號。同時因采用高效、性能穩(wěn)定的D類放大器，使調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的效率顯著提高，維護(hù)量降低。