關(guān)于SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)新技術(shù)的解析

王煒 張國威

1.2.內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心839臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010030

SW-50系列50kW PSM短波廣播發(fā)射機(jī)在國內(nèi)外服役設(shè)備50余臺套，幾乎全國50kW短波廣播發(fā)射機(jī)均為該系列機(jī)型，穩(wěn)定可靠，并出口多個國家，目前我臺有8臺SW-50B型短波廣播發(fā)射機(jī)面向全區(qū)發(fā)射廣播信號。SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)是按照廣電總局09年對短波廣播機(jī)新指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)研發(fā)的新型50kW短波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)，SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)相較于前代機(jī)型，有了許多重大改變，在性能技術(shù)指標(biāo)，易用性，智能化方面都有了很大提升，本文就SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)發(fā)生的重大改進(jìn)進(jìn)行論述。

1 射頻放大系統(tǒng)

射頻放大系統(tǒng)是短波廣播發(fā)射機(jī)的重要組成部分之一。它的主要用途和功能：一是產(chǎn)生廣播發(fā)射機(jī)工作所需的載波信號（頻率范圍3.2~26.1MHz）并進(jìn)行功率放大；二是對載波信號進(jìn)行音頻幅度調(diào)制并向天線或等效負(fù)載輸出載波功率為50kW的調(diào)幅波信號。

SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)的射頻放大系統(tǒng)由頻綜、300W全固態(tài)寬帶放大器組件、柵地電路推動級和耦合腔高末級功放構(gòu)成三級放大鏈。輸出耦合采用T網(wǎng)絡(luò)。射頻輸出端裝有超高頻濾波器、定向耦合器，經(jīng)平衡轉(zhuǎn)換器由75Ω不平衡轉(zhuǎn)為300Ω平衡接到饋線上。如圖1所示。

1.1 頻率綜合器

SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)使用的BCS50-Ⅱ頻率綜合器使用了全新的觸摸液晶屏幕作為人機(jī)交互界面，使用更加方便智能，可以通過工控機(jī)對頻率綜合器進(jìn)行遙控。諧波輸出不大 于-40dBm，雜 散 優(yōu) 于-80dBc，相位噪聲優(yōu)于-110dBc/Hz@1kHz，MTBF不 小 于20000小時，大大的提升了頻率綜合器的性能。如圖2所示。

圖2 BCS50-Ⅱ頻率綜合器

1.2 高頻推動級（IPA）

SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)對高頻推動級進(jìn)行了重新設(shè)計，推動級使用4CX3000A陶瓷四極管，工作在AB類，采用柵地電路形式，屏極調(diào)諧回路電感采用盤香型電感。前代機(jī)型上的Π網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧方式，粗調(diào)電感由簧片觸點(diǎn)短接實(shí)現(xiàn)不同頻率的調(diào)諧，容易出現(xiàn)接觸不良發(fā)生打火現(xiàn)象，造成停機(jī)。SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)調(diào)諧回路電感采用盤香型電感，接觸可靠性大幅提高，降低了高頻推動級調(diào)諧部分的故障率，提高了整機(jī)高頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖3所示。

圖3 高頻推動級

1.3 高末級功率放大器

高末級采用100kW級超蒸發(fā)冷卻金屬陶瓷四極管，燈絲電源采用交流穩(wěn)壓調(diào)壓器，燈絲電壓的啟動升壓時間和電壓爬升曲線可以任意設(shè)定，有效延長了發(fā)射管的使用壽命。末級輸出網(wǎng)絡(luò)采用耦合腔體做電感的Π型網(wǎng)絡(luò)。短路板做換頻粗調(diào)并能有效地消除射頻反射。短路板移動時，用氣動克服彈簧力量，使接點(diǎn)打開，通過短路板底部軸承及導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)無磨損電感調(diào)節(jié)。如圖4所示。

圖4 氣動無損觸點(diǎn)滑動腔體結(jié)構(gòu)

相對比前代機(jī)型的雙Π槽路，其主要特點(diǎn)如下：

（1）全腔內(nèi)壁均采用紫銅板，整體附著導(dǎo)電氧化膜，提高了高頻電氣性能；

（2）采用大直徑汽缸，最大程度減小汽缸數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)整體的可靠性；

（3）采用密集壓片彈簧觸點(diǎn)方式，可靠性大大增加；

（4）輕便型可伸縮導(dǎo)氣管，簡單輕便拉力小，便于安裝和維護(hù)；

（5）無齒輪、齒條傳動機(jī)構(gòu)，采用兩根剛性滑軌，三面軸承做支點(diǎn)，腔體短路板移動輕便、快速、準(zhǔn)確；

1.4 T網(wǎng)絡(luò)

本機(jī)選用90°T網(wǎng)絡(luò)，接在腔體組成的Π網(wǎng)絡(luò)之后，作為負(fù)載匹配電路。當(dāng)負(fù)載駐波比變化時，可通過90°T網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，給Π網(wǎng)絡(luò)提供一個穩(wěn)定的75Ω負(fù)載。如圖5所示。

圖5 T網(wǎng)絡(luò)

2 大功率短波發(fā)射機(jī)數(shù)字PSM調(diào)制器

新的大功率短波發(fā)射機(jī)數(shù)字PSM調(diào)制器可以改善發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的雜音、頻響和失真三大指標(biāo)。全程數(shù)字化處理，使得原PSM發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)輕松達(dá)到58dB的水平，甚至更高，其采用關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）使用“信號過采樣”技術(shù)將量化噪聲信號分布到更寬的頻譜范圍內(nèi)，從而降低帶內(nèi)噪聲功率譜密度；“噪聲整形”技術(shù)將量化噪聲調(diào)制到帶外高頻端。通過這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合有效提高“粗糙”量化器的帶內(nèi)信噪比。

（2）階梯放大的過程中，通過功率模塊采取循環(huán)導(dǎo)通的策略，降低IGBT的開關(guān)速度來降低模塊在開關(guān)跳變過程中的熱損耗；同時保證了各個功率模塊的負(fù)載平衡，延長模塊的平均使用壽命。

（3）利用數(shù)字信號處理的方法，通過對發(fā)射音頻系統(tǒng)進(jìn)行合理的輸出補(bǔ)償措施，來改善發(fā)射機(jī)整機(jī)的三大電聲指標(biāo)。

（4）功率模塊輸出電壓誤差較大，在循環(huán)導(dǎo)通的過程中形成開關(guān)噪聲，并落在音頻范圍內(nèi)，形成相對較強(qiáng)雜音電平，稱之為循環(huán)噪聲。為了克服這一問題，設(shè)計了高精度數(shù)字化功率模塊和控制板。

新的大功率短波發(fā)射機(jī)數(shù)字PSM調(diào)制器改變了原來的操作方式，采用了更友好的人機(jī)交互界面，配合觸摸屏的操作方式，顯示信息更加簡明，操作更加方便。如圖6所示。

圖6 大功率短波發(fā)射機(jī)數(shù)字PSM調(diào)制器

3 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)了將微機(jī)直接引入發(fā)射機(jī)中，用以對發(fā)射機(jī)進(jìn)行自動控制和實(shí)時監(jiān)測。

發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)包括微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、自動調(diào)諧和自動匹配系統(tǒng)及音頻控制系統(tǒng)。如圖7所示。

圖7 監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)射機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能和特點(diǎn)：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)由一臺工業(yè)控制計算機(jī)和一單片機(jī)直接控制，完成發(fā)射機(jī)的自動程序控制、頻率自動調(diào)諧、自動增益控制、故障診斷和狀態(tài)顯示。人機(jī)交互界面呈現(xiàn)信息豐富直觀。

（2）控制方式有：自檢、手動、自動和遙控四種方式。通過RS422遙控接口可與計算機(jī)監(jiān)控中心連通，以便實(shí)現(xiàn)發(fā)射臺播出系統(tǒng)的自動化管理。

（3）計算機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)有三個功能模塊：顯示模塊、控制模塊、軟件模塊。

顯示模塊：共有35條菜單，包括調(diào)諧位置及過程、模擬量顯示、閉鎖狀態(tài)、各級的控制狀態(tài)、故障、信號狀態(tài)及主要儀表指示值和各種設(shè)置參數(shù)的顯示；

控制模塊：共有37條指令，通過計算機(jī)鍵盤實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的操作控制。有自檢、手動、自動、遙控四種控制方式可自行選擇，包括開關(guān)機(jī)、換頻率、粗細(xì)調(diào)諧、浮動載波等操作功能；

軟件模塊：利用強(qiáng)大的軟件支持，對發(fā)射機(jī)的參數(shù)可以進(jìn)行靈活設(shè)置和修改，并對實(shí)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息進(jìn)行分析和管理。

（4）自動調(diào)諧裝置采用伺服放大器和五相步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn) 精度 為0.72度，在3.9~26.1MHz頻率范圍內(nèi)可任意儲存調(diào)諧數(shù)據(jù)，對于每個頻率均有一組馬達(dá)位置存儲在計算機(jī)中。在調(diào)諧過程中能同時顯示設(shè)定和調(diào)諧的曲線和調(diào)諧部件狀態(tài)位置。細(xì)調(diào)諧通過鑒相器和計算機(jī)實(shí)現(xiàn)，調(diào)諧時間全過程小于45秒，典型調(diào)諧時間20秒。

（5）有完善的故障保護(hù)和故障記憶功能。當(dāng)出現(xiàn)故障時，控制組合直接顯示故障點(diǎn)，提升了操作人員分析、處理故障的速度。

4 總結(jié)

SW-50D型短波廣播發(fā)射機(jī)使用了許多新技術(shù)，是按照廣電總局09年對短波廣播機(jī)新指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)的許多新設(shè)計理念既提高了整機(jī)指標(biāo)和穩(wěn)定性，還為以后的遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守等功能的升級改造留有充分的硬件接口以方便實(shí)施。