中波廣播發(fā)送技術(shù)研究

【摘要】中波廣播主要的傳播途徑為地面波繞射及電離層反射，其信號(hào)非常穩(wěn)定，比較容易實(shí)現(xiàn)，接收機(jī)成本較低，便于普及。本文以全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)為例，對(duì)中波廣播相關(guān)發(fā)送技術(shù)進(jìn)行研究與分析。

【關(guān)鍵詞】中波廣播；數(shù)字調(diào)制；功率合成；發(fā)送技術(shù)

上世紀(jì)二十年代，中波廣播發(fā)射機(jī)的核心是真空電子管，經(jīng)歷了各種調(diào)制的變化，從方法上來(lái)看，真空電子管的工作方式屬于模擬調(diào)制，很難克服存在的非線性及線性失真、整機(jī)效率低和產(chǎn)生的自激振蕩問(wèn)題，而且電子管自身的壽命有限，維護(hù)成本也比較高。因此，到了上世紀(jì)七十年代，脈寬調(diào)制技術(shù)出現(xiàn)，有效的提高了中波廣播的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，截至到現(xiàn)在，很多中波廣播站臺(tái)依然在使用。到上世紀(jì)九十年代，數(shù)字調(diào)制方式的全固態(tài)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)，并且很快得到了普及，促進(jìn)了中波廣播的調(diào)制方式與音頻處理發(fā)生了改變，數(shù)字調(diào)制的轉(zhuǎn)變使整機(jī)穩(wěn)定性、電聲指標(biāo)、整機(jī)效率等大幅提升。

一、全固態(tài)發(fā)射機(jī)的工作原理

1.電源供電

兩個(gè)變壓器構(gòu)成電源供電部分，一臺(tái)提供高壓，一臺(tái)提供低壓，高壓電源主要保證射頻放大器與功率合成器的工作，低壓電源保證各功能模塊的正常運(yùn)行。

2.射頻功率

在該模塊中，主要的功能包含功率合成輸出與數(shù)字幅度調(diào)制，構(gòu)成部件主要有射頻放大器、振蕩器、帶通濾波器、功率合成氣及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)等。首先，振蕩器產(chǎn)生射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器及推動(dòng)環(huán)節(jié)將信號(hào)放大到一定的范圍內(nèi)，然后推動(dòng)功放。功放繼續(xù)將射頻信號(hào)放大，經(jīng)功率合成器以后將信號(hào)傳送到帶通濾波器，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換量化成分，同時(shí)，輸出阻抗匹配到50Ω以后，將信號(hào)輸出。

3.音頻處理

廣播節(jié)目源是模擬音頻信號(hào)，音頻處理完成模擬音頻信號(hào)的模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，即音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，把模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)低通濾波后，再經(jīng)過(guò)取樣、保持、量化和編碼等四個(gè)步驟來(lái)完成。為防止出現(xiàn)頻譜折疊噪音，輸入的模擬信號(hào)首先用低通濾波器濾除信號(hào)中不需要的頻率分量。因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號(hào)是離散量，所以進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)必須瞬時(shí)對(duì)輸入的模擬信號(hào)取樣，每次取樣后，就將取樣量保持為常量一定的時(shí)間，以便將取得的模擬信號(hào)幅度值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。取樣后的信號(hào)需要量化，量化就是把模擬信號(hào)劃分成若干個(gè)級(jí)每一個(gè)取樣信號(hào)按照四舍五入的規(guī)則納入這若干個(gè)級(jí)中。把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示就是編碼。我們把輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)調(diào)制編碼器編碼后輸出數(shù)字編碼，再去控制射頻功放產(chǎn)生“數(shù)字幅度調(diào)制”。音頻處理包含模擬輸入、A/D 轉(zhuǎn)換、調(diào)制編碼等功能模塊。

4.監(jiān)測(cè)控制

包含控制、外接口、顯示、開關(guān)儀表等部分，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、操作控制及故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)測(cè)與控制。

二、全固態(tài)發(fā)射機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

在對(duì)中波廣播發(fā)射機(jī)的幅度調(diào)制時(shí)，通過(guò)開通一定數(shù)量功率放大模塊，并進(jìn)行疊加來(lái)合成電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的方式稱為數(shù)字調(diào)幅，也就是在音頻調(diào)制信號(hào)的每一個(gè)時(shí)刻內(nèi)，都必須要產(chǎn)生相應(yīng)的射頻輸出電壓。因此將數(shù)字調(diào)幅也成為量化幅度調(diào)幅，是融合了數(shù)字處理與幅度調(diào)幅為一體的調(diào)幅技術(shù)。數(shù)字調(diào)幅完成的幾個(gè)主要步驟包含A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換、調(diào)制編碼、功率合成、濾波輸出。

在經(jīng)過(guò)A/D模擬轉(zhuǎn)換以后，模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并以12Bit的數(shù)字序列表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)這些數(shù)字序列進(jìn)行編碼以后，對(duì)各個(gè)射頻功率放大模塊的關(guān)閉與接通主要通過(guò)調(diào)制編碼輸出的字?jǐn)?shù)編碼信號(hào)來(lái)控制。

三、新技術(shù)動(dòng)態(tài)

1.循環(huán)調(diào)制技術(shù)

該技術(shù)主要是為了有效的把射頻部分功放單元能夠按照一定的次序輪流繼續(xù)工作，使功放單元所產(chǎn)生的熱負(fù)荷能夠均勻的分配，從而提高該單元的工作效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。循環(huán)調(diào)制技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，能夠?qū)Ψ艈卧嬖诘墓收线M(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)替補(bǔ)及自動(dòng)退出，保證了該單元在出現(xiàn)問(wèn)題以后，能夠?qū)⒐收献詣?dòng)檢測(cè)出來(lái)，同時(shí)自動(dòng)退出存在故障的功放單元，并將替補(bǔ)功放單元自動(dòng)補(bǔ)上，確保了發(fā)射機(jī)整體的運(yùn)行效率，在個(gè)別單元出現(xiàn)問(wèn)題以后，保證了發(fā)射機(jī)的三大指標(biāo)及調(diào)幅度、輸出功率的恒定。

2.浮動(dòng)載波技術(shù)

采用浮動(dòng)載波技術(shù)，解決調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)在覆蓋場(chǎng)強(qiáng)和收聽效果不受影響的情況下，大幅度降低發(fā)射機(jī)電能消耗的問(wèn)題，因而有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因數(shù)字循環(huán)調(diào)制發(fā)射機(jī)的輸出功率和調(diào)制度的大小決定于調(diào)制級(jí)的“音頻+ 直流”參數(shù)，其中直流的大小決定輸出載波功率的大小。當(dāng)載波電平小時(shí)，調(diào)幅度大，會(huì)出現(xiàn)負(fù)峰平頭，可以通過(guò)“負(fù)峰檢測(cè)器”所輸出的電平來(lái)控制載波功率的大小。

浮動(dòng)載波技術(shù)在保證邊帶功率不變的情況下，隨調(diào)幅度的增加則載波功率也線性的增加。由于在設(shè)定的預(yù)置載波內(nèi)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高調(diào)幅度，也就是比非浮動(dòng)載波時(shí)邊帶功率要大，這樣即保證了接收機(jī)的響度、減小了對(duì)收聽不起作用的載波功率的浪費(fèi)，又保證了較大調(diào)制度時(shí)正常載波邊帶功率，所以采用浮動(dòng)載波技術(shù)可以大量節(jié)能。

3.直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)

為達(dá)到中波發(fā)射機(jī)輸出頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的嚴(yán)格要求和方便地更換頻率的需要，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。

直接數(shù)字頻率合成是利用一塊溫補(bǔ)晶體振蕩器作為基準(zhǔn)頻率，輸出的高精度頻率信號(hào)經(jīng)倍頻電路進(jìn)行倍頻，倍頻后的信號(hào)由DDS 電路作為直接數(shù)字合成的頻率輸入信號(hào)，通過(guò)外置撥碼開關(guān)選擇需要的頻率數(shù)，并發(fā)送該頻率數(shù)的頻率控制字送給DDS 電路，DDS 電路通過(guò)送來(lái)的頻率控制字產(chǎn)生所需要的頻率。

4.數(shù)字音頻接口（AES/EBU）

數(shù)字AES/EBU 音頻接口， 是實(shí)現(xiàn)DRM數(shù)字音頻廣播必備的音頻接口，是DAM 發(fā)射機(jī)為承擔(dān)起傳統(tǒng)和數(shù)字的雙重音頻廣播功用設(shè)計(jì)的，并遵循2007 年實(shí)施的GY/T225-2007的技術(shù)要求。它與模擬音頻接口相互切換作為機(jī)器的音頻輸入接口，與數(shù)字頻率合成（DDS）相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻廣播。

5.FPGA 技術(shù)

FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列是當(dāng)前較先進(jìn)的復(fù)雜數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)技術(shù)，由可編程FPGA 芯片和VHDL 語(yǔ)言平臺(tái)構(gòu)成。采用FPGA 技術(shù)對(duì)發(fā)射機(jī)的調(diào)制編碼部分進(jìn)改造，并涉及到編碼板、功率合成母版、功放板等部位。FPGA 實(shí)現(xiàn)的發(fā)射機(jī)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，是以先進(jìn)的數(shù)字邏輯生成技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字調(diào)制方式，解決了早先使用ROM 芯片存在的不足，克服了門電路復(fù)雜的缺點(diǎn)，既降低了設(shè)備成本，也提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和易維護(hù)性。

6.微機(jī)智能控制技術(shù)

先進(jìn)的工業(yè)單片處理器為核心的智能控制技術(shù)運(yùn)用在發(fā)射機(jī)的控制、顯示、報(bào)警功能中，實(shí)現(xiàn)了智能控制邏輯，以代替老式發(fā)射機(jī)中較為復(fù)雜的控制電路，同時(shí)采用無(wú)觸點(diǎn)的LCD 觸摸系統(tǒng)替代指針電表指示和開關(guān)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的智能化檢測(cè)、控制、診斷、記憶等控制保護(hù)功能，人機(jī)界面對(duì)話、界面狀態(tài)顯示等更友好、便捷，能迅速在LCD 觸摸屏上快速操作控制并觀察機(jī)器的全部各種主要數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)。

四、結(jié)論

多種先進(jìn)的技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了中波廣播發(fā)射效率的提高。近些年，隨著數(shù)字廣播技術(shù)的快速發(fā)展，全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)在多種先進(jìn)技術(shù)的推動(dòng)下，必然會(huì)取得更好的發(fā)展空間，不斷的為我國(guó)廣播事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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