中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)工作原理分析

仁青次仁

【摘要】發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行主要依賴于各部件之間的高效配合，當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)其運(yùn)行原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障原因和位置的準(zhǔn)確判斷。因此，提出中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)工作原理分析研究。在研究了發(fā)射機(jī)中頻率合成器、音頻處理器以及功放盒主要作用的基礎(chǔ)上，對(duì)頻率合成、驅(qū)動(dòng)放大和電平轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行全面分析。

【關(guān)鍵詞】中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī);頻率合成器;音頻處理器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.002

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步發(fā)展以及電子產(chǎn)品的迅速普及，傳播媒介實(shí)現(xiàn)了“大換血”，紙媒為主的時(shí)代正式退出歷史舞臺(tái)，電視和廣播也逐漸被以移動(dòng)終端為主的傳播媒介代替。在此背景下，廣播要實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展與突破，首先要做的就是優(yōu)化自身。為此，最主要的就是對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行升級(jí)，提高信號(hào)的穩(wěn)定性、覆蓋性以及安全性，以此為基礎(chǔ)在內(nèi)容和形式上發(fā)展出更加多樣化的創(chuàng)新?，F(xiàn)階段，廣播發(fā)射器使用最廣泛的就是中波調(diào)幅類(lèi)型的發(fā)射機(jī)，與其他類(lèi)型的發(fā)射機(jī)相比，其具有更高的使用范圍，由于具有調(diào)幅功能，能夠確保廣播信號(hào)在不同環(huán)境內(nèi)的穩(wěn)定傳播?？紤]到中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)使用方法的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到其壽命，另外，設(shè)備的維護(hù)與維修都是影響設(shè)備工作效率的因素，而這些都是建立在對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)行原理充分了解的基礎(chǔ)之上的。因此，本文分析中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的工作原理。

基于此，本文提出中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)工作原理分析這一研究。在明確了構(gòu)成中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)關(guān)鍵部件的基礎(chǔ)上，分析了其運(yùn)行的原理。通過(guò)本文的研究，以期為提高中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、改善發(fā)射機(jī)使用壽命提供有價(jià)值的參考。

1. 中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成分析

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)工作原理的分析，首先要了解發(fā)射機(jī)的主要部件組成及作用，為此，本文對(duì)發(fā)射機(jī)中的核心部件，包括頻率合成器、音頻處理器以及功放盒進(jìn)行分析。

1.1 頻率合成器

頻率合成器是中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的核心部件，主要負(fù)責(zé)將信號(hào)頻率的頻率轉(zhuǎn)化為與接收設(shè)備匹配的形式，因此，其主要應(yīng)用的技術(shù)是頻率合成技術(shù)?，F(xiàn)階段，該部件主要是以數(shù)字芯片為主要控制載體實(shí)現(xiàn)了，考慮到廣播信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)受到干擾，因此，芯片在控制頻率合成時(shí)一般具有較高的分辨率，以此確保接收端可以準(zhǔn)確識(shí)別發(fā)射信號(hào)。同時(shí)，轉(zhuǎn)換頻率的速度決定著接收端接收到信號(hào)的連續(xù)性，為此，頻率合成器的運(yùn)行頻率會(huì)受到接收端與發(fā)射機(jī)距離的影響。當(dāng)二者之間的距離較近時(shí)，頻率會(huì)相應(yīng)地適當(dāng)增加，而當(dāng)二者之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，頻率也會(huì)相應(yīng)降低，以此避免出現(xiàn)信號(hào)疊加，影響接收端的采集效果。除此之外，廣播發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號(hào)的多樣性也決定了信號(hào)頻率具有較大的寬度，這就決定了頻率合成器要具備較寬范圍內(nèi)的頻率合成功能，對(duì)于部分相位噪聲明顯較低的信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)完整整合，確保最終發(fā)射信號(hào)的純度滿足接收端的接收標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)信號(hào)丟失的問(wèn)題。

1.2 音頻處理器

音頻處理器在某些發(fā)射機(jī)中也叫調(diào)制器，主要負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)與處理，主要由壓縮器、窗口比較器、線性檢波器三部分構(gòu)成。其中，壓縮器主要控制音頻的頻率波動(dòng)幅度，可變?cè)鲆鎲卧獙?duì)幅度較大的信號(hào)進(jìn)行壓縮，確保其振動(dòng)范圍在頻率合成器的合成范圍內(nèi)，放大單元將頻率波動(dòng)較小的信號(hào)進(jìn)行放大處理，避免在頻率合成階段由于信號(hào)波動(dòng)變化較小造成信息丟失，影響最終發(fā)射信號(hào)的準(zhǔn)確性。其電路圖如圖1所示。

通過(guò)二者的協(xié)同作用，壓縮器能夠?qū)κд嬲{(diào)節(jié)端作出準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，使失真達(dá)到最佳狀態(tài)。窗口比較器主要是判斷處理后信號(hào)是否符合要求，因此，設(shè)置電平極限值，避免窗口輸入的信號(hào)超過(guò)極限值，且該值大小主要由頻率合成器的運(yùn)行條件決定。若音頻信號(hào)過(guò)低，窗口比較器會(huì)自動(dòng)輸出高電平，若音頻信號(hào)過(guò)高，窗口比較器則會(huì)自動(dòng)輸出低電平。若音頻信號(hào)高于0dB時(shí)，作壓縮處理;當(dāng)音頻信號(hào)大于20dB時(shí)，作失真處理。同時(shí)，通過(guò)線性檢波器也可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)波動(dòng)幅度的調(diào)節(jié)，以此滿足用戶的不同要求。

1.3 功放盒

功放盒是發(fā)射機(jī)功率輸出的核心部件，輸出的載頻功率由其出廠設(shè)置決定，在對(duì)該部件進(jìn)行選擇時(shí)，主要依賴于光比發(fā)射機(jī)的實(shí)際應(yīng)用范圍。該組件上含有一個(gè)輸入電流表，其主要作用是顯示功放盒的總電源電流，是判斷發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否出現(xiàn)異常的關(guān)鍵，另外也是發(fā)射機(jī)輸出量最直觀的表現(xiàn)。當(dāng)發(fā)射機(jī)的輸出越高時(shí)，電流表的示數(shù)越高，相反，則示數(shù)越低。在發(fā)射機(jī)投入使用前，會(huì)根據(jù)其輻射范圍對(duì)其功率范圍進(jìn)行設(shè)定，以此設(shè)置電流表的閾值，當(dāng)示數(shù)超過(guò)該范圍時(shí)，則可以判斷發(fā)射機(jī)出現(xiàn)載頻異常。驅(qū)動(dòng)放大器發(fā)送的載頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)頻緩沖后，也會(huì)將載頻信號(hào)的幅度控制在75～100V范圍內(nèi)，并最終以正弦波信號(hào)的形式由功放盒發(fā)射。在此過(guò)程中，調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)中不僅含有載波電平，還包括調(diào)制音頻信息，二者皆為可變脈沖寬度方波。

2. 中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的運(yùn)行原理分析

2.1 頻率合成

由于信號(hào)接收端的類(lèi)型是多樣化的，因此，發(fā)射機(jī)的運(yùn)行需求是動(dòng)態(tài)變化的，為了確保頻率合成器滿足不同條件下的合成要求，一般是以可編程DDS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制，同時(shí)，在數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）和高速比較器的協(xié)助下，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同信號(hào)頻率的合成。當(dāng)確定待合成的信號(hào)頻率后，可編程 DDS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器對(duì)信號(hào)的頻率進(jìn)行存儲(chǔ)，并由頻率相位數(shù)據(jù)寄存器提取頻率的相位值，提取到的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至高速DDS中，在該模塊通過(guò)相位累加器的加法器和N位相位寄存器實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的初步疊加。為了確保該過(guò)程不會(huì)對(duì)發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率產(chǎn)生影響，外部設(shè)有一個(gè)參考時(shí)鐘，通過(guò)將時(shí)鐘的時(shí)間與發(fā)射周期保持一致，確保步長(zhǎng)遞增的時(shí)間滿足發(fā)射機(jī)運(yùn)行要求，在此基礎(chǔ)上，再將疊加后的頻率與正弦查表中的信息對(duì)比，將對(duì)應(yīng)的正弦波頻率作為頻率合成的輸出結(jié)果，并通過(guò)對(duì)步長(zhǎng)間距進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)頻率進(jìn)行設(shè)置，該過(guò)程可表示為

其中，K表示頻率常數(shù)f0時(shí)的激勵(lì)頻率，f0為原頻率，f為目標(biāo)頻率。得到對(duì)應(yīng)激勵(lì)頻率后，需要將K的整數(shù)部分轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，計(jì)算出最終的輸出頻率。值得注意的是，這種輸出的調(diào)整是通過(guò)對(duì)撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。表1為撥碼不同狀態(tài)對(duì)編碼。

根據(jù)編碼對(duì)應(yīng)關(guān)系以及上文的計(jì)算結(jié)果，輸出目標(biāo)波形，完成頻率合成。

2.2驅(qū)動(dòng)放大

驅(qū)動(dòng)放大主要是針對(duì)頻率波動(dòng)范圍較小的信號(hào)而言的。其主要目的是避免由于頻率波動(dòng)不明顯導(dǎo)致合成階段丟失該部分信息，導(dǎo)致最終的合成頻率可靠性和完整性降低。

放大處理前，信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)前置放大板，并在該環(huán)節(jié)疊加一個(gè)直流電壓，使信號(hào)變成了的頻率范圍達(dá)到0～15V范圍內(nèi)，并具有脈沖屬性，這樣做的目的是確保放大階段不會(huì)對(duì)原本的信號(hào)頻率屬性產(chǎn)生破壞。完成轉(zhuǎn)變后的信號(hào)會(huì)在線性檢波器檢波合格后以兩路同相信號(hào)的形式向下一環(huán)節(jié)傳遞，在輔助器的推動(dòng)作用下，與線路繞組共同組成推挽電路。同時(shí)，壓縮器中的溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管與減弱型場(chǎng)效應(yīng)管之間會(huì)形成互補(bǔ)關(guān)系。在這種兩極化的效應(yīng)下，信號(hào)波會(huì)形成兩個(gè)相位相差，次級(jí)繞組在180°的電勢(shì)作用下，推動(dòng)由兩個(gè)推挽電路輸出推動(dòng)末級(jí)三路功率放大板運(yùn)行。此時(shí)，壓縮器驅(qū)動(dòng)放大取樣電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)放大。

2.3 電平轉(zhuǎn)換

電平轉(zhuǎn)換由三極管和電平驅(qū)動(dòng)電路組成。若調(diào)制器輸入信號(hào)為0，驅(qū)動(dòng)電路會(huì)將其放大，對(duì)應(yīng)的邏輯也會(huì)轉(zhuǎn)化為1，此時(shí)的信號(hào)脈沖寬度即轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲?，?jīng)過(guò)功放盒內(nèi)三極管的調(diào)制后，電平轉(zhuǎn)重新?lián)Q成邏輯0，此時(shí)的電壓值轉(zhuǎn)化為與輸入階段大小相等的負(fù)值，對(duì)應(yīng)的邏輯1也為與放大階段大小相等的負(fù)值，這種變化會(huì)激活調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)把小電流的方波變換成大電流驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，滿足效應(yīng)管的飽和導(dǎo)通需求。穩(wěn)壓二極管提供的電源電壓為相對(duì)電源電壓，大小主要取決于邏輯狀態(tài)。

3. 結(jié)束語(yǔ)

中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)階段廣播系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，作為控制廣播信號(hào)穩(wěn)定性和可靠性的核心部件，對(duì)其工作原理進(jìn)行全面研究不僅對(duì)于設(shè)備的合理使用，也同樣關(guān)系到后期設(shè)備的維護(hù)與檢修工作的開(kāi)展。本文提出中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)工作原理分析這一文章，在明確了發(fā)射機(jī)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，對(duì)其運(yùn)行原理作出了全面分析。通過(guò)本文的研究，以期為中波調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的使用、維護(hù)、故障檢測(cè)以及維修提供有價(jià)值的參考。

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