10kW中波廣播發(fā)射機(jī)的改頻實踐

裴健 吳吉玉 王萍

（山東省日照轉(zhuǎn)播臺 山東省日照市 276800）

中波調(diào)幅發(fā)射技術(shù)，是無線廣播電視技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)，在為我國社會發(fā)展和社會主義兩個文明建設(shè)提供了有力的宣傳保障，把黨的聲音傳遍千家萬戶的過程中發(fā)揮了巨大作用。隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，廣播電視技術(shù)也發(fā)生了深刻變革，新媒體更是一騎絕塵，但在當(dāng)今時代中波廣播作為重要的傳播途徑，依然具有其不可替代性，而且上升到國家重要的戰(zhàn)略地位。我國中波廣播制式是：載波中心頻段為531kHz-1602kHz，即波長為564.97m-187.27m，最小載波頻率間隔為9kHz[1]，意味著中波廣播頻段共分120個頻道。正常情況下，每個臺站根據(jù)規(guī)劃有固定的頻率點，中波發(fā)射機(jī)在生產(chǎn)時按照臺站規(guī)劃的頻率點調(diào)試好后出廠，在臺站安裝調(diào)試主要任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)匹配，一旦完成后正常工作發(fā)射頻率就不會改變了。實際情況中也有臺站由于規(guī)劃調(diào)整和事業(yè)發(fā)展，使某些發(fā)射機(jī)因頻率改動而被閑置，為使設(shè)備資源得到有效利用，避免浪費，我們就會根據(jù)實際情況對發(fā)射機(jī)進(jìn)行改頻。下面結(jié)合本臺10kW發(fā)射機(jī)1449kHz改為1197kHz的項目實踐，總結(jié)發(fā)射系統(tǒng)在改頻時用到的步驟和方法，以及其中涉及的一些關(guān)鍵因素和關(guān)鍵技術(shù)。

1 中波廣播發(fā)射系統(tǒng)原理

1.1 中波廣播發(fā)射系統(tǒng)

中波廣播發(fā)射系統(tǒng)主要是由中波廣播發(fā)射機(jī)和天饋系統(tǒng)組成。中波廣播發(fā)射機(jī)通常由射頻、音頻、監(jiān)測、電源和冷卻系統(tǒng)五部分組成。天饋系統(tǒng)對于單獨發(fā)射來說就是由天線和饋線組成。為了節(jié)省天線（中波天線也稱為塔），有時對于有兩個及以上的發(fā)射機(jī)采用同頻共塔（天線）方式發(fā)射，這就需要設(shè)計一個天調(diào)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)多個不同頻率的發(fā)射機(jī)共用一個天線（塔）發(fā)射。

1.1.1 射頻系統(tǒng)

射頻系統(tǒng)包括高頻振蕩器、射頻調(diào)制器、射頻放大器、功率合成器和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)（帶通濾波器）五個部分。音頻通過射頻調(diào)制器完成數(shù)字幅度調(diào)制，再經(jīng)功率放大器放大，之后通過功率合成輸出規(guī)定的射頻信號。為了較好完成功率射頻信號發(fā)射出去，需要將功率射頻信號與天線進(jìn)行阻抗匹配，同時為了射頻信號的雜散滿足要求，還需進(jìn)行功率濾波，最后才將輸出的功率射頻信號阻抗匹配到50Ω。

1.1.2 音頻調(diào)制系統(tǒng)

音頻調(diào)制系統(tǒng)包括音頻處理、A/D轉(zhuǎn)換和調(diào)制編碼，其原理是通過音頻處理裝置以及A/D轉(zhuǎn)換裝置將模擬音頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，在輸出數(shù)字編碼前，利用編碼器對數(shù)字信號進(jìn)行重新編碼，而數(shù)字幅度調(diào)制能否準(zhǔn)確要通過控制系統(tǒng)的射頻功放功調(diào)整來保障[2]。音頻調(diào)制系統(tǒng)作為中波發(fā)射機(jī)的重要部分，我們要非常重視，廣播節(jié)目質(zhì)量的好壞受其音頻調(diào)制質(zhì)量的控制。

1.1.3 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)和報警兩個部分，監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控當(dāng)前設(shè)備的各種運行狀況，還能通過網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行遠(yuǎn)距離操控。報警部分是某些發(fā)射要素發(fā)生異常工作時及時發(fā)出告警信息，便于技術(shù)人員對其調(diào)整，使得發(fā)射系統(tǒng)能在良好的狀態(tài)下工作，避免出現(xiàn)停播事故，為中波廣播的安全播出提供全方面保障。

1.1.4 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)是保證發(fā)射工作的關(guān)鍵部分，為中波廣播發(fā)射機(jī)正常工作提供不同要求的電源。將市電變?yōu)橹绷麟?，中波廣播發(fā)射機(jī)有T1和T2兩個變壓器。其中T1變壓器的作用是提供功放電源電壓，T2變壓器的作用是提供整機(jī)所需的低壓電壓[3]。

1.1.5 冷卻系統(tǒng)

固態(tài)發(fā)射機(jī)在滿功率工作中，將會有很大量的熱量產(chǎn)生。冷卻系統(tǒng)是目前固態(tài)中波發(fā)射機(jī)不可或缺的一部分，冷卻方式是強迫風(fēng)冷。假如發(fā)射機(jī)不能及時有效降溫，超過工作溫度的各部件就易發(fā)生各種故障，甚至造成損壞。因此發(fā)射機(jī)要穩(wěn)定運行就必須保證冷卻系統(tǒng)的正常運行。

1.2 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)

發(fā)射機(jī)輸出饋線與天線之間要阻抗匹配，才能將發(fā)射功率最大化和不失真的傳播出去，這個匹配網(wǎng)絡(luò)稱為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。同時，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)還具有吸收外來頻率干擾、抑制射頻倒送和防雷等多種作用。

基本型匹配網(wǎng)絡(luò)包括預(yù)調(diào)網(wǎng)絡(luò)、移相網(wǎng)絡(luò)、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、吸收網(wǎng)絡(luò)、阻塞網(wǎng)絡(luò)和防雷裝置[4]。

2 中波廣播發(fā)射系統(tǒng)改頻涉及的因素

2.1 射頻功率系統(tǒng)

射頻通道電路改頻電路中有DDS頻率合成器、二進(jìn)制功率合成器、推動功率合成器和主功率合成器四部分需要調(diào)整。音頻通道電路改頻的電路中有A/D轉(zhuǎn)換電路和模擬輸人電路需要調(diào)，同時推動穩(wěn)壓電源和輸出監(jiān)測板也需要調(diào)整[5]。像拔碼開關(guān)和跨接線等這些元件，可以在電路板送電前提前設(shè)好，不僅輸出網(wǎng)絡(luò)的電容要依照廠家提供的信息更換，“大臺階”和“小臺階”的效率線圈抽頭的調(diào)整也要依照廠家提供的“效率線圈預(yù)置表”，大部分器件是需要開機(jī)加電之后才能調(diào)整的。

基本調(diào)整大體由頻率合成振蕩器的調(diào)整，緩沖放大器的檢測，前置放大器的調(diào)整，射頻推動放大級的調(diào)整，功放級的調(diào)整，輸出網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整七部分組成。

2.2 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)

天調(diào)網(wǎng)絡(luò)在改頻中主要調(diào)整阻塞網(wǎng)絡(luò)和吸收網(wǎng)絡(luò)。阻塞網(wǎng)絡(luò)一是要通過本頻信號，二是要阻塞其他頻率信號。吸收網(wǎng)絡(luò)主要是吸收本臺其他頻率或者周邊頻率對本頻率的干擾。由于頻率的改變臺站所有天調(diào)網(wǎng)絡(luò)也都要隨之調(diào)整。

3 中波發(fā)射系統(tǒng)改頻

3.1 發(fā)射機(jī)的改造

為保證改造過程中的安全，首要前期工作是確保送高壓時發(fā)射機(jī)沒有功率輸出，要將230V保險去掉，斷掉輸出電源。

3.1.1 調(diào)整頻率合成振蕩器

發(fā)射機(jī)的頻率合成器現(xiàn)在普遍采用數(shù)字合成的方法，影響合成頻率的因素有兩處，預(yù)置分頻系數(shù)S2和S1。

S2的改造：調(diào)整激勵器板上的頻率撥碼開關(guān)S2，將其改為01011110，使之工作頻率與1197kHz相對應(yīng)。

S1的改造：由于1197kHz 和1449kHz載頻波段Fc在同一范圍，所有撥碼開關(guān)S1的撥碼狀態(tài)不變，保持5、6位接通，其余斷開，VCO3工作。

3.1.2 調(diào)整推動合成母板

每個推動器的輸出都與一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)相接，匹配網(wǎng)絡(luò)初級串聯(lián)一個由頻率決定的電容(FD)、可調(diào)電感和合成變壓器(T7、T10、T11)。

調(diào)整L1或調(diào)節(jié)電感抽頭的XS31、XS32，能夠使輸出網(wǎng)絡(luò)在工作頻率上諧振。三個合成變壓器輸出的電壓比的變化可以通過改變合成變壓器初級抽頭的X17-X22來實現(xiàn)。

（1）按改造后的頻率調(diào)換C12、C13、C14電容。

（2）在低壓下調(diào)整電感L1使之與C3、C4、C5諧振，此時測量T6的1腳信號幅度最大。然后調(diào)整機(jī)箱內(nèi)的電阻R1，使T6的1腳信號幅度達(dá)到30V。

（3）開高壓下調(diào)整XS31、XS32的位置使到功放板輸入端的射頻信號幅度達(dá)到30V比較理想，根據(jù)改后頻率還要配合調(diào)整XS17、XS18、XS19、XS20、XS21、XS22才能調(diào)整到位。設(shè)置方法參考表1、表2所列。

表1：XS31、XS32 設(shè)置方法

表2：XS17-XS22 設(shè)置方法

（4）如果幅度不理想（過低或過高），調(diào)整推動穩(wěn)壓電源來調(diào)解一下。

（5）總之，此過程要反復(fù)多次才能調(diào)好。

3.1.3 調(diào)整輸出網(wǎng)絡(luò)配置

發(fā)射機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)包括帶通濾波器和T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)這兩個部分。

圖1所示中波廣播發(fā)射機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)圖。帶通濾波器由L101、C101、C102組成，而T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)由L103、L104、C104、L105組成。

圖1：輸出網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)調(diào)整

射頻放大器產(chǎn)生的基波電壓輸出是通過帶通濾波器來完成，同時還能將雜波濾除，合成器的輸出4Ω阻抗通過L102使其匹配到50Ω；T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于對發(fā)射機(jī)和天線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行匹配，用來匹配一個不規(guī)則的50ω饋線阻抗。C104和L105組成三次諧波陷波器，作用使清除三次諧波[6]。

（1）參照圖1調(diào)節(jié)輸出網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)、串聯(lián)、3次諧波的電容配置。

1.調(diào)節(jié)并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)：將L102在C處連線斷開，然后調(diào)節(jié)L102線圈的短路夾的位置，調(diào)節(jié)L102的電感量使其能夠諧振。

2.調(diào)節(jié)串聯(lián)諧振回路：將L101與合成變壓器D處連線斷開，C出繼續(xù)斷開，調(diào)節(jié)在L101上C102連接處短路夾位置，使其在發(fā)射機(jī)載頻上能夠諧振[7]。

3.調(diào)節(jié)三次諧波：將L105、C104從A處斷開，調(diào)節(jié)L105使網(wǎng)絡(luò)諧振在1197kHz三倍頻上，然后重新將A處接線接好。

（2）次諧波校準(zhǔn)到180°、0+j0Ω。并聯(lián)校到360°、∞+j∞Ω。

（3）將發(fā)射機(jī)出口與饋線斷開，接入50Ω電阻。

（4）調(diào)整T型網(wǎng)路，先把L103在B點斷開，更改L103和L104的值（旋轉(zhuǎn)右側(cè)“負(fù)載”更改L104值，主要改變實部；旋轉(zhuǎn)左側(cè)“調(diào)諧”更改L103值，主要改變虛部），調(diào)整到50+j0Ω。

（5）將功放母板合成輸出銅棍與L1電感斷開。調(diào)整串聯(lián)電路，使之調(diào)整到4+j0Ω。這是理論值，實際應(yīng)用一般調(diào)到3.8-j3.5左右。如果功率過大則增大實部，反之減小。

3.1.4 調(diào)整母板效率線圈匝數(shù)

不同頻率對應(yīng)的不同匝數(shù)。低頻匝數(shù)多，高頻匝數(shù)少。所以從低頻改高頻省事，短接一部分線圈就行了。從高頻改到低頻就要加圈了。根據(jù)效率線圈預(yù)置表：

（1）大臺階線圈是：原先1449kHz對應(yīng)的線圈匝數(shù)為29，改后1197kHz對應(yīng)的線圈匝數(shù)為39，這樣我們就需要增加10圈。

（2）小臺階線圈：1449kHz電感線圈L1、L2、L3、L4、L5、L6對應(yīng)的圈數(shù)為32、27、21、19、16、12，而1197kHz電感線圈L1、L2、L3、L4、L5、L6對應(yīng)的圈數(shù)為41、33、27、25、21、17，這樣我們就需要對電感線圈L1、L2、L3、L4、L5、L6對應(yīng)的分別增加圈數(shù)為9、6、6、6、5、5 。

3.1.5 準(zhǔn)備試機(jī)

（1）開一次高壓，將功率輸出編碼降為0。

（2）合上230保險，開高壓，升功率，1kW運行10分鐘左右，關(guān)機(jī)摸摸功放板有沒有速熱的，槽路電容等。

（3）5kW運行10分，再看看用沒有熱的。然后運行30分鐘確定正常了再開到10kW運行觀察。

（4）如果天線和慮波器報警或指示過大，需要調(diào)整輸出監(jiān)測板。

以上是改頻基本流程，重點就是推動母板的調(diào)試，他是核心。但調(diào)試過程不一定就順利，需反復(fù)調(diào)整。最終以信號幅度夠，板子沒有過熱的為最佳狀態(tài)。

3.2 同頻共塔天調(diào)網(wǎng)絡(luò)改造

日照轉(zhuǎn)播臺此次改頻的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)為10kW雙頻共塔747kHz-1449kHz改頻為747kHz-1197kHz。另外本臺還有918kHz、1035 kHz兩個頻率。

3.2.1 改造747kHz主路

原有1449kHz的諧振阻塞，現(xiàn)在更改為1197kHz的諧振阻塞。電容1000pF的容值不變，因為諧振時容抗與感抗大小相等方向相反，經(jīng)計算后得到1197kHz下諧振電容容抗為133Ω，此時對應(yīng)的諧振電感17.7μH。在747kHz下的1000pF電容容抗不變，電感由原來的12.1μH變更為17.7μH，感抗變大了，那么諧振在1197kHz下電容和電感在主路上的感抗由77Ω變更為136Ω。若想讓主路輸出不變，與諧振在918kHz的串聯(lián)并聯(lián)之前，電抗要保持不變，所以L3要減少12.56μH，而原來的L3為11.12μH，所以只有變更L3旁邊的C3，C3由原來的1000pF變更為750pF，容抗由-213Ω變更為-284Ω，再適當(dāng)調(diào)整L3，747kHz輸出50Ω。

3.2.2 調(diào)整747kHz支路

因為臨近主頻的頻率只有918kHz和1035kHz，所以只考慮這兩個頻率的限波。918kHz在主路阻抗變換的T位置上，支路就不用再考慮了。1035kHz的限波是在主路采用阻塞的形式，支路就不用再考慮了。可是1035kHz機(jī)器開機(jī)后對747kHz機(jī)器的工作影響很大，1035kHz又在支路上采用先并聯(lián)后串聯(lián)的形式限了波，并聯(lián)是諧振在主頻下，對輸出的電抗沒有影響，串聯(lián)是諧振在陷波頻率下，所以限波直接對地了。

3.2.3 改造1197kHz主路

現(xiàn)有747kHz的諧振阻塞，阻塞頻率不變，所以阻塞網(wǎng)絡(luò)也不變。主路頻率由1449kHz更改為1197kHz了，這樣諧振在747kHz的阻塞在主路的容抗由-120Ω變更為-174Ω，諧振在1035kHz的阻塞在主路的容抗由-112Ω變更為-264Ω。根據(jù)1197kHz下的電抗，直接配合著調(diào)整L4和L6使輸出為50Ω。如果調(diào)不到就需要斷開并聯(lián)諧振與L4之間的連線，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量該點的電抗，再重新計算T型阻抗變換的各器件值。經(jīng)計算C4由原來的1000pF變更為2000pF，C6由原來的500pF變更為1000pF，虛部加了2000pF的電容。

3.2.4 調(diào)整1197kHz支路

因為臨近主頻的頻率只有918kHz和1035kHz，所以只考慮這兩個頻率的限波。1035kHz的限波是在主路采用阻塞的形式，支路就不用再考慮了。918kHz的限波在之前的1449kHz下沒有，經(jīng)開機(jī)觀察918kHz的機(jī)器并沒有串到1197kHz機(jī)器里，918kHz機(jī)器的開關(guān)對1197kHz機(jī)器沒有影響，所以918kHz的限波不用增加。

改造后的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2：天調(diào)網(wǎng)絡(luò)

4 小結(jié)

本臺發(fā)射機(jī)的改頻項目完成后運行狀況很穩(wěn)定，各項技術(shù)指標(biāo)都能達(dá)到了甲級。本文敘述的中波發(fā)射機(jī)改頻的具體過程是實際的項目改頻操作過程，具有一定的借鑒意義，希望可以給同行的工作帶來一些幫助。