傳媒大學(xué)數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)

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1、 第五節(jié) 數(shù)字調(diào)幅 發(fā)射機(jī) 中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院 一、 概述 廣播發(fā)射機(jī)的技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在：高效 率和高可靠性、數(shù)字技術(shù)含量越來越高。 數(shù)字調(diào)幅系統(tǒng)，采用高速 A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù) 字編碼器和功率相乘型 D/A轉(zhuǎn)換器，模擬 聲音信號經(jīng)過數(shù)字處理，發(fā)射機(jī)最終發(fā)射 的仍為模擬調(diào)幅信號，仍用普通的包絡(luò)檢 波調(diào)幅廣播收音機(jī)接收。 數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)將傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)的主整電源、 調(diào)制器和射頻功率放大器合并為一個系統(tǒng)。 數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)由許多工作于開關(guān)狀態(tài)的 高效率射頻功率放大單元組成，受編碼信 號的控制而開通或關(guān)斷，開通的高頻功率 放大單元的輸出電壓串聯(lián)疊加，達(dá)到需要 的功率電平。 數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作過程可簡

2、要表達(dá) 如下： 音頻調(diào)制信號經(jīng)高速 A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)?數(shù)據(jù)流（連續(xù)的 12比特數(shù)字序列），再經(jīng) 過調(diào)制編碼器進(jìn)行編碼，變?yōu)楹芏鄠€射頻 功率放大器的開通與關(guān)斷的控制信號，某 瞬時開通的射頻功率放大器的數(shù)目取決于 該時刻的音頻調(diào)制信號； 開通的射頻功率放大器的輸出電壓以 串聯(lián)的形式相疊加，產(chǎn)生出包絡(luò)有量化臺 階的調(diào)幅波，再經(jīng)帶通濾波器濾掉不需要 的頻譜成分，便得到與普通調(diào)幅波完全相 同的射頻已調(diào)波。因此，仍然使用普通的 包絡(luò)檢波的接收機(jī)接收。 數(shù)字調(diào)幅技術(shù)一般用在中波廣播發(fā)射 機(jī)中，這是由于中波機(jī)的工作頻率是固定 的，數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)要求的輸出帶通濾波 器就可固定不變。 一、 簡單的數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)

3、數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)發(fā)展到實(shí)用的程度， 經(jīng)歷了不斷的認(rèn)識與實(shí)踐過程。 （一）、使用 n個比較器和 n個射頻放 大器的數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī) 使用 n個比較器和 n個射頻放大器， n 個射頻放大器的構(gòu)成與次級輸出電壓都是 完全相同的。 使用 n個比較器和 n個射頻放大器的數(shù)字 調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理簡圖 工作原理是：在載波狀態(tài)，有一半數(shù) 量的比較器輸出高電平 “ H”，促使一半數(shù) 量的射頻放大器導(dǎo)通，輸出的射頻電壓通 過射頻變壓器次級串聯(lián)疊加，幅度對應(yīng)于 載波電壓 UC； 當(dāng) m=100時，對應(yīng)于調(diào)制正峰時刻（調(diào) 幅峰點(diǎn)），全部電壓比較器輸出高電平 “ H”，全部射頻放大器導(dǎo)通，輸出的射頻 電壓串聯(lián)疊加，幅度對應(yīng)于

4、2UC；對應(yīng)于 調(diào)制負(fù)峰時刻（調(diào)幅谷點(diǎn)），全部電壓比 較器輸出高電平 “ L”，全部射頻放大器關(guān) 斷，輸出的射頻電壓為 0。 主要缺點(diǎn)： 需要的比較器與射頻功率放大器的數(shù) 量太多，否則，滿足不了對聲音質(zhì)量的要 求。例如，取 n=123,則發(fā)射機(jī)輸出信號的 分解力為 123個臺階，相當(dāng)于大約 7比特的 分解力（ 27=128），而要達(dá)到良好的 AM質(zhì) 量需要 12比特的分解力才行，需要 n=4096。 由此可知，這種方案沒有實(shí)際使用價值。 （二）、使用 12比特 A/D轉(zhuǎn)換器和 12個射頻放大器的數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī) 使用 12比特 A/D轉(zhuǎn)換器和 12個射頻放大器的數(shù)字 調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理簡圖 12比特

5、 A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號（音頻 + 直流）變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號的每一位 各自直接控制對應(yīng)的射頻功率放大器的開 通與關(guān)斷。這 12個射頻功率放大器雖然結(jié) 構(gòu)一樣，各個高頻變壓器的初級電壓相同， 但它們次級的輸出電壓是不相等的（變壓 比不同）。對應(yīng)于最高有效位變壓比 1： 1， 對應(yīng)于最低有效位的變壓比為 2048： 1。 這種方案的優(yōu)點(diǎn) ： 僅使用 12個 RF功率放大器。 主要缺點(diǎn)： 1、由于 RF功率放大器的數(shù)量少，則 要求單個 RF功率放大器的功率大，尤其是 最高有效位控制的放大器。平均而言，要 求每個放大器輸出功率應(yīng)起碼不低于發(fā)射 機(jī)載波功率的 1/3（在 100%調(diào)幅峰點(diǎn)，平均 每個

6、放大器輸出功率為 4PC/12= PC / 3）。 2、可能產(chǎn)生幅度很大的假信號（尖脈 沖）。 由原理圖可以看出，由于 12個放大器的輸 出變壓器的匝數(shù)比是不同的，如果 “ 12”號 放大器在輸出變壓器次級提供 1V的射頻電 壓的話， “ 1”號放大器則提供 2048V的射 頻電壓。 在調(diào)制過程中，如果由于放大器特性不一 致，開通與關(guān)斷的步調(diào)不一致，最大可產(chǎn) 生一個接近最大幅度 1/2的負(fù)的假信號。 可能產(chǎn)生的假信號 （三）、使用 12比特 A/D轉(zhuǎn)換器與調(diào) 制編碼器的數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī) 使用 12比特 A/D轉(zhuǎn)換器與調(diào)制編碼器的數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī) 經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換得到的 12比特序列中， 7位 最高有

7、效位被編碼成相應(yīng)的控制信號，控 制 127個大臺階 RF功率放大器的開通與關(guān) 斷，每個這樣的放大器開通后，輸出一個 大臺階電壓 E； 5位最低有效位不經(jīng)編碼 ，直接作為控 制信號，控制 5個二進(jìn)制臺階 RF放大器的 開通與關(guān)斷，這 5個放大器開通后，分別輸 出 E/32、 E/16、 E/8、 E/4和 E/2的階電壓。 若所有的 RF放大器全部開通，則串聯(lián)疊加 后的輸出電壓為 127E，這相當(dāng)于 100%調(diào)幅 峰點(diǎn)時刻。 32 31 這種發(fā)射機(jī)已經(jīng)接近實(shí)用的程度。最 大的假信號的幅度為 E，約為最大輸出的 1/128。此外， RF放大器的數(shù)量也達(dá)到可接 受的程度。 三、 DX-10數(shù)字調(diào)幅廣

8、播發(fā)射機(jī) DX-10中波數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)原理方塊圖 發(fā)射機(jī)射頻系統(tǒng)采用晶體振蕩器射頻 源，其振蕩頻率經(jīng) 4-8次分頻后變?yōu)榘l(fā)射機(jī) 的工作頻率，信號經(jīng)過放大和分配，作為 RF激勵信號送到 RF功率放大器。 音頻調(diào)制信號經(jīng)音頻處理器處理后， 送到 A/D轉(zhuǎn)換器，變?yōu)?12比特的數(shù)字信號， 再經(jīng)過編碼，變?yōu)?RF放大器開通與關(guān)斷的 控制信號。 控制信號可分為兩種： （ 1）由 12比特序列中的 6個最高有效位， 經(jīng)過編碼得到的所謂 “ 大臺階數(shù)據(jù) ” ，控 制 42個大臺階等壓 RF功率放大器（每個開 通時輸出射頻電壓為 E）； （ 2）、 12比特序列中的 6個最低有效位， 不進(jìn)行編碼，直接控制

9、 6個二進(jìn)制小臺階 RF功率放大器（開通時輸出射頻電壓分別 為 E/64、 E/32、 E/16、 E/8、 E/4、 E/2），稱為 “ 二進(jìn)制臺階數(shù)據(jù) ” 。 開通的 RF放大器的輸出電壓經(jīng)過合成 器合成，形成包絡(luò)具有量化臺階的雙邊帶 調(diào)幅波，再經(jīng)中心頻率為發(fā)射機(jī)載波頻率 的帶通濾波器濾除不需要的頻譜成分，就 成為包絡(luò)平滑的普通雙邊帶調(diào)幅波。 (一 )、音頻處理器 音頻處理器的作用是對音頻調(diào)制信號 進(jìn)行預(yù)處理 。 音頻處理器原理方塊圖 在音頻處理器中，音頻（ AF）調(diào)制信 號與一直流電壓（ DC）相疊加，變?yōu)閱螛O 性信號。音頻信號決定調(diào)制電平（即決定 高頻已調(diào)波的邊帶功率），直流電壓的大

10、小決定載波電平，調(diào)整該直流電壓的大小， 就能調(diào)整發(fā)射機(jī)的載波功率。 （ AF） +（ DC）相疊加，變?yōu)閱螛O性信號 當(dāng)外電電壓變化時，在音頻處理器中 將電源電壓取樣信號送入一個除法器控制 其增益，實(shí)現(xiàn)對（ AF+DC）的自動調(diào)整， 從而使載波功率和邊帶功率都不受外電電 壓變化的影響。 音頻處理器中的數(shù)字控制衰減器的控 制信號是 3位 BCD碼的數(shù)據(jù)信號，它來自發(fā) 射機(jī)的功率電平控制板。數(shù)控衰減器給出 0.000-0.999的功率因子，以此進(jìn)一步調(diào)節(jié)載 波功率。例如，當(dāng)發(fā)射機(jī)輸出電路中電壓 駐波比過高，數(shù)控衰減器會自動調(diào)整功率 因子，使發(fā)射機(jī)輸出功率降低，以利安全。 發(fā)射機(jī)最終輸出功率取決于直流

11、 （ AF+DC）與功率因子（ 0.000-0.999）的 乘積。當(dāng)數(shù)控衰減器處于最小衰減，即功 率因子為 0.999時，發(fā)射機(jī)的最大載波功率 由直流電壓 DC限定。 在音頻處理器中，有一個超音頻振蕩 器，產(chǎn)生一個頻率為 70或 72KHz的三角波， 它受變化的大臺階數(shù)據(jù)信號同步。產(chǎn)生的 低電平的三角波與前述的（ AF+DC）相疊 加，目的是使低電平調(diào)制信號有更高的分 辨率。超音頻頻率成分將來可以被發(fā)射機(jī) 輸出網(wǎng)絡(luò)的帶通濾波器大大衰減。 音頻處理器最終輸出的信號包括三種 成分： AF+DC+低電平超音頻三角波。 送入后面的 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 （二）、 A/D轉(zhuǎn)換模塊 A/D轉(zhuǎn)換模塊的

12、功能是將音頻處理器 送來的模擬信號變?yōu)?12比特的數(shù)字信號序 列。 A/D轉(zhuǎn)換模塊原理方塊圖 1、 取樣頻率 取樣頻率越高，取樣后的離散信號的 瞬態(tài)變化越接近于模擬信號。取樣信號的 頻率的最高極限受 A/D轉(zhuǎn)換時間限制。在 DX-10發(fā)射機(jī)中， 當(dāng)載波頻率 fc1400KHz時， 取 fs=fc/3 。 2、 嚴(yán)格的時間同步 為了減少 RF功率場效應(yīng)管導(dǎo)通損耗以 及切斷與開通轉(zhuǎn)換期間的損耗，功率管的 開通與切斷是在射頻激勵信號的過零點(diǎn)時 刻進(jìn)行，即要求數(shù)字控制信號必須在該時 刻出現(xiàn)。這就需要對 A/D轉(zhuǎn)換模塊中的 “ 跟蹤與保持 ” 電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路和鎖 存器進(jìn)行嚴(yán)格的時間控制而保持同步

13、。 3、 A/D轉(zhuǎn)換過程 音頻處理器送來的模擬信號先由 “ 跟 蹤與保持 ” 電路實(shí)現(xiàn)對取樣值的存儲，然 后再送入 A/D轉(zhuǎn)換器。 “ 跟蹤與保持 ” 電 路確保送入 A/D轉(zhuǎn)換器的信號在 A/D轉(zhuǎn)換 進(jìn)行期間保持不變，在本次 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 后，才開始下一次跟蹤取樣。 每執(zhí)行完一次 A/D轉(zhuǎn)換， A/D轉(zhuǎn)換器 的 輸出被選通或鎖存一次，直到下次轉(zhuǎn)換。 因為在 A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行期間其輸出是不 確定的，在此期間必須保持將上次轉(zhuǎn)換結(jié) 束輸出的數(shù)據(jù)存儲在鎖存器中，直到本次 轉(zhuǎn)換完成后，鎖存器再寄存一個新的數(shù)據(jù)。 當(dāng)發(fā)生不轉(zhuǎn)換故障時， “ 轉(zhuǎn)換誤差鑒別電 路 ” 提供一個 “ 數(shù)據(jù)清除 ” 信號，送入調(diào)

14、 制編碼器的鎖存器，使鎖存器的輸出為零， 從而使 RF功率放大器全部關(guān)斷，并給出狀 態(tài)顯示。 4、 A/D轉(zhuǎn)換輸出信號 12比特中的高位 1-6比特主級數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào) 制編碼器編碼后，變?yōu)?42個等壓 RF功率放 大器的開通與關(guān)斷的控制信號； 12比特中 的低位 7-12比特二進(jìn)制數(shù)據(jù)，不編碼，直 接控制相應(yīng)的 6個二進(jìn)制加權(quán)放大器的通斷。 此外， 1-12比特數(shù)據(jù)經(jīng) D/A變換及低通 濾波，恢復(fù)出 AF模擬信號，送入控制器中 的 “ 包絡(luò)誤差電路 ” ，與發(fā)射機(jī)最終輸出 的 RF已調(diào)波包絡(luò)相比較，用來鑒別由于 RF模塊故障所引起的包絡(luò)失真。 （三）、調(diào)制編碼器 調(diào)制編碼器原理方塊圖 12比特的 7

15、-12位數(shù)據(jù)不編碼，直接控制 6個二進(jìn)制功率放大器。如果這 6位數(shù)字為 010101，則開通 E/4、 E/16和 E/64的 RF功 率放大器，若這 6位數(shù)字為 111111，則開通 全部的二進(jìn)制功率放大器，疊加后給出 63E/64的射頻電壓輸出。 12比特的 1-6位數(shù)據(jù)送入 6個只讀存儲器 （ ROM），經(jīng)過編碼變?yōu)?42個等壓 RF功 率放大器的開關(guān)控制信號。 ROM1產(chǎn)生 1-8 號 RF功率放大器的控制信號， ROM2產(chǎn)生 9-16號 RF功率放大器的控制信號，、， ROM6產(chǎn)生 41-42號 RF功率放大器的控制信 號。 每個 ROM的地址信號共 8位，在 DX-10 發(fā)射機(jī)中，

16、第 7、 8位不使用。在 ROM1中 地址信號從 00000001到 00001000（相當(dāng)于十 進(jìn)制的 1-8），依次送出 1個、 2個、 3個、 8個控制信號，對應(yīng)開通 1#、 1#-2#、 1#- 3#、 1#-8#RF放大器。 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1

17、0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ROM1： 從 001000到 111111，意味著調(diào)制信號大 到使 8個 RF功率放大器開通后，一直增大， ROM1送出的控制信號始終保持為 11111111， 即保持 1#-8#放大器始終開通。 當(dāng)調(diào)制信號增大到

18、 001001（相當(dāng)于十進(jìn) 制的 9）， ROM2開始送出一個控制信號， 控制 9#放大器開通，直到調(diào)制信號增大到 010000（相當(dāng)于十進(jìn)制的 16）， ROM2送出 8個控制信號，使 9#-16#號放大器全部開通， 再增大調(diào)制信號， 9#-16#號放大器維持開通 不變化。 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1

19、 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ROM2： ROM3-ROM6的關(guān)系可以按照上述方 法推出。 ROM6產(chǎn)生第 41個與第 42個控制 信號，控制 41#和 42#放大器的開關(guān)。 ROM6： 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4

20、5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 一定數(shù)量的大臺階與二進(jìn)制臺階輸出 電壓相疊加，產(chǎn)生確定的射頻電壓。例如， 調(diào)制信號某時刻要求接通 20個大臺階放大 器，調(diào)制信號若再有一微小增量，就開通 一個 E/64小臺階放大器，若調(diào)制信號再有 一微小增量，就再要求開通一個 E/64小臺 階放大器，這時會關(guān)斷 E/64小臺階放大器， 而開通 E/32

21、小臺階放大器。 當(dāng)調(diào)制信號一直微量增加，直到 6個小 臺階放大器全部開通后，若再有微量增加， 又要求一個 E/64小臺階放大器，那就全部 關(guān)斷 6個小臺階放大器，而開通一個大臺階 放大器（ 63E/64+E/64=E）。 在所有的大臺階和二進(jìn)制臺階放大器 都已開通的情況下（即調(diào)制信號變?yōu)?101010111111），若調(diào)制信號再有一個微小 的增量時（即調(diào)制信號變?yōu)?101011000000）， 所有的二進(jìn)制臺階放大器仍將關(guān)斷，而已 經(jīng)再沒有大臺階放大器可開通了，這樣在 射頻輸出中將出現(xiàn)突然的 63E/64的電壓下 跌，產(chǎn)生可能聽得見的尖峰噪聲 。 解決的辦法是使用 ROM6提供的第 43個 控

22、制信號，送入調(diào)制編碼器中的 “ 或門 ” 電路，迫使 6個二進(jìn)制放大器的控制信號都 為 1而保持開通。此時，合成射頻輸出電壓 已被箝到最大可能的值。 如不這樣處理，當(dāng)調(diào)制信號增大時， 6 個二進(jìn)制放大器將會開通 -關(guān)斷 -開通 -關(guān)斷 的不斷循環(huán)，直到調(diào)制信號減小為止，這 就會使射頻輸出頂部呈現(xiàn) 63E/64的鋸齒交 錯而產(chǎn)生難聽的噪聲。 根據(jù)以上分析可知， DX-10發(fā)射機(jī)功率 合成后產(chǎn)生的最大可能的臺階組合總數(shù)為： 42+63+42 63=2751=211.426。 由于 6個小臺階放大器的存在，使 RF階梯 波紋明顯改善，使經(jīng)帶通濾波后得到的波 形接近于理想，改善信號波形失真。 小臺階放

23、大器改善失真的示意圖 （四）、 D/A轉(zhuǎn)換 受數(shù)字信號控制導(dǎo)通或關(guān)斷、工作于 開關(guān)狀態(tài)的 RF放大器，可以看作是 D/A轉(zhuǎn) 換器。 D/A轉(zhuǎn)換原理圖 與模擬信號相對應(yīng)的數(shù)字信號，開通 相應(yīng)數(shù)量的 RF功率放大器，其輸出在合成 器合成（電壓疊加），得到包絡(luò)有量化臺 階的射頻信號。然后，再經(jīng)帶通濾波器濾 掉無用帶外頻譜成分，便得到與普通雙邊 帶（ DSB）調(diào)幅波相同的包絡(luò)平滑的射頻 信號。 功率合成是通過高頻變壓器的電壓合 成實(shí)現(xiàn)的。各功放模塊的輸出送到各自的 RF輸出變壓器的初級線圈，而通過一根銅 管（相當(dāng)于變壓器的次級）穿過各輸出變 壓器的磁芯實(shí)現(xiàn)耦合。 功率相乘型 D/A轉(zhuǎn)換器電路原理圖 2

24、、 RF功率放大器提供的電壓與功率 任何一個大臺階放大器開通，都提供 相同的射頻電壓 E，固定不變，但 RF功率 放大器提供的功率是不固定的，其大小由 當(dāng)時所開通的 RF功率放大器的總數(shù)量決定， 即某時刻開通的總數(shù)越少（多），合成功 率小（大），每個 RF功率放大器的輸出功 率也越?。ù螅?。 例如，開通 10個 RF放大器輸出 10E，合 成功率為 X瓦，每個提供的功率為 X/10瓦； 開通 20個 RF放大器輸出 20E，合成功率為 4X瓦，每個提供的功率為 4X/20=X/5瓦。 DX-10發(fā)射機(jī)的載波功率為 10kw,在載 波狀態(tài)設(shè)定開通的 RF放大器數(shù)量為 N0=18 個（每個輸出 5

25、 kw /9）。當(dāng) m=1時，在調(diào) 制峰點(diǎn)開通 36個 RF放大器，峰點(diǎn)功率為 40 kw，此時，每個 RF功率放大器輸出功率為 10 kw /9。： DX-10型發(fā)射機(jī)有正峰調(diào)制度可達(dá) 140% 的能力，此時，要求正峰功率達(dá)到 10 （ 1+1.4） 2=57.6 kw,需要開通的功率模塊數(shù) 為 N， ，則有以下關(guān)系： N， / 18= 10 6.57 可求出 N， 43。 DX-10發(fā)射機(jī)的 42個 大臺階和 6個小臺階 RF放大器，全部開通 時，每個大臺階功率放大器輸出約 57.6 kw /(42+63/64) 1.34 kw,而 6個小臺階 RF放大 器共輸出 57.6-（ 1.34

26、X 42） =1.32 kw。 （五）、射頻功率放大器 射頻功率放大器的構(gòu)成 射頻功率放大器是功率相乘型 D/A轉(zhuǎn) 換器，工作于丁類。它包括 Q1-Q44個 MOS 場效應(yīng)管，射頻輸出變壓器 T3，而 T1和 T2 為激勵變壓器，各管激勵信號由 T1和 T2的 次級分別供給。圖中 CR1、 CR2、 CR3和 CR4為齊納二極管，用于當(dāng)發(fā)生瞬變或過 激勵時保護(hù)場效應(yīng)管。 場效應(yīng)管的激勵信號 Q1、 Q4同相， Q2、 Q3同相， Q1、 Q4同 Q2、 Q3反相。 Q1、 Q2、 Q3和 Q4構(gòu)成電橋的四個臂，而電 橋的四個頂點(diǎn)是：直流供電電源 B+、地 端與輸出變壓器 T3的兩端 .。 電橋

27、電路 在射頻激勵信號的正半周期間， Q1、 Q4導(dǎo)通，而 Q2、 Q3截止；在射頻激勵信號 的負(fù)半周期間， Q2、 Q3導(dǎo)通，而 Q1、 Q4 截止。因此，在射頻輸出變壓器 T3的初級 兩端形成峰峰幅度為 2 B+的方波，方波的 重復(fù)頻率是發(fā)射機(jī)載波頻率，方波電壓通 過射頻變壓器耦合輸出。 峰峰幅度為 2 B+的方波電壓 實(shí)際上 Q1和 Q3完全靠激勵信號控制導(dǎo) 通與截止，而 Q2和 Q4的通斷除與激勵信號 有關(guān)外，還取決于編碼控制信號，通過關(guān) 斷 Q2和 Q4射頻激勵的辦法關(guān)斷整個 RF功率 放大器。 當(dāng)送入某個 RF功率放大器的 “ 調(diào)制控 制 ” 的調(diào)制編碼信號為邏輯 “ 1”狀態(tài)時，

28、“ 調(diào)制控制 ” 送出負(fù)電壓，二極管 CR5與 CR6相當(dāng)于開路， Q2和 Q4在射頻一周期中 會參與輪流導(dǎo)通，此時，該 RF放大器有級 電壓輸出。 當(dāng)送入某個 RF功率放大器的 “ 調(diào)制 控制 ” 的調(diào)制編碼信號為邏輯 “ 0”狀態(tài)時， “ 調(diào)制控制 ” 送出正電壓，二極管 CR5與 CR6導(dǎo)通，將 Q2和 Q4的射頻激勵與地短路， 此時， Q2和 Q4 處于關(guān)斷狀態(tài)，該放大器也 就處于關(guān)斷狀態(tài)而無級電壓輸出。 需要強(qiáng)調(diào)的是，不開通的 RF功率放 大器射頻輸出變壓器的初級，在電路上應(yīng) 保證提供低阻抗，否則，會在輸出變壓器 的次級產(chǎn)生無窮大的反射阻抗，其他開通 的 RF功率放大器的輸出電壓就無

29、法在次級 實(shí)現(xiàn)串聯(lián)疊加。 不開通的 RF功率放大器變壓器初級呈現(xiàn)低阻抗 的原理電路 （六）帶通濾波器 DX-10發(fā)射機(jī)的帶通濾波器是二階巴 特沃斯濾波器，其輸入阻抗為 4歐姆（也就 是合成器輸出要求的負(fù)載阻抗），輸出阻 抗為 50歐姆（不平衡），帶通濾波器的作 用是濾除 RF信號的階梯波紋和其他不需要 的頻率成分，它也是一個阻抗變換器。它 的中心頻率為發(fā)射機(jī)的載波頻率。 四、 DX-200數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī) 簡介 DX-200數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的 RF功率放大 器共 224組，其中有 220個大臺階放大器， 4 個二進(jìn)制小臺階放大器。每個大臺階放大 器輸出相等的級（階）電壓 E， 4個小臺階

30、放大器輸出電壓分別為 1/2 E、 1/4 E、 1/8 E、 1/16 E。來自調(diào)制編碼器的音頻 +直流 電壓編碼信號開通相應(yīng)數(shù)量的 RF放大器， 其疊加后的電平與該時刻要求的 RF電平相 一致。 功率合成器由 13個主（大臺階）合成器和 一個二進(jìn)制（小臺階）合成器組成。通過 各 RF功率放大器各自的輸出變壓器進(jìn)行輸 出電壓串聯(lián)相加。 DX-200數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)有 7個調(diào)制 編碼器，將 12比特數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為 RF功率 放大器的通 /斷控制信號。應(yīng)接通的 RF功 率放大器與該時刻要求的載波電平和瞬時 調(diào)制電平相應(yīng)。 RF功率模塊中的振幅調(diào)制過程分三步進(jìn) 行： a、 音頻信號（加上直流及為

31、改善小信 號時的失真而加入的超音頻三角波）經(jīng) A/D變換，變?yōu)槊繕又?12比特的數(shù)字序列 （數(shù)字音頻數(shù)據(jù)流）。 b、 數(shù)字音頻數(shù)據(jù)流被調(diào)制編碼器變換 為 224個 RF功率放大器的開關(guān)控制信號。 c、 各 RF功率放大器的輸出電壓在 RF功 率合成器相加。 RF輸出信號的幅度隨著由 輸入數(shù)字信號控制而開通的 RF功率放大器 的數(shù)量多寡（增多或減少），形成數(shù)字幅 度調(diào)制。 對應(yīng)于每一個取樣值， A/D變換器的 12 個輸出端都送出從 B1B1212比特的數(shù)據(jù)， B1是最高有效位（ MSB）， B12是最低有效 位（ LSB）。將 B1B12分為兩組， B1B8 為一組，用于控制大臺階放大器； B

32、9B12 為另一組， 通過鎖存器后，不需要編碼， 直接成為 1/2、 1/4、 1/8和 1/16臺階的 4個二 進(jìn)制臺階放大器（ B9 、 B10 、 B11 、 B12 ） 的控制信號。 在載波狀態(tài)， DX-200數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā) 射機(jī)開啟前 102個 RF放大器，發(fā)射機(jī)輸出 200kW的載波功率。設(shè)載波狀態(tài)開通的 RF 射頻放大器的數(shù)量為 N0，調(diào)幅度為 m,可計 算出調(diào)制峰點(diǎn)與谷點(diǎn)需要開通的 RF射頻放 大器的數(shù)量： 峰點(diǎn)： Nmax= N0（ 1+m） 谷點(diǎn)： Nmin= N0（ 1-m） 例如： N0 = 102 ， m=0.75, 峰點(diǎn)： Nmax= N0 （ 1+m） =178.

33、5(即開通 178個大臺階功 放和一個 1/2小臺階功放 )；谷點(diǎn)： Nmin= N0（ 1-m） =22.5(即開通 22個大臺階功放和 一個 1/2小臺階功放 ) 。 在 DX-200中，每個 RF功率放大器包括 D 類 MOSFET開關(guān)， RF激勵變壓器，通 /斷 控制開關(guān)和電纜互鎖 /保險絲故障檢測器。 RF放大器的冷卻，由一個閉合的液體回路 冷卻系統(tǒng)完成。 DX-200 RF功率放大器原理方塊圖 根據(jù)激勵信號的相位，在信號正半周時， Q1/ Q3、 Q6/ Q8導(dǎo)通， Q2 / Q4、 Q5 / Q7 關(guān)斷，變壓器初級得到 +V的電壓；在激勵 信號的負(fù)半周 Q1/ Q3、 Q6/ Q

34、8 /斷開， Q2 / Q4、 Q5 / Q7 導(dǎo)通，變壓器初級輸出電 壓極性改變。 為了隔斷輸出變壓器對地的直流通路， 初級線圈串接一個電容器。 RF電壓疊加波形 二部或三部 DX-200發(fā)射機(jī)通過并機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí) 現(xiàn)功率合成，可構(gòu)成 400kw和 600kw的發(fā)射 機(jī)。 并機(jī)要求： （ 1）在負(fù)載上射頻同相位； （ 2）在負(fù)載上阻抗幅度與包絡(luò)要相等 （或十分接近）； （ 3）使用的音頻要同相。 五、數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)的發(fā)展 （一） M2W發(fā)射機(jī) M2W發(fā)射機(jī)是原 THOMCAST公司生 產(chǎn)的模塊化中波廣播發(fā)射機(jī)。其工作原理 與 DX系列基本相同，但最大的區(qū)別是：為 了解決調(diào)幅包絡(luò)的信號失真，沒有使用

35、二 進(jìn)制小臺階放大器，凡所有開通的 RF功率 放大器都提供相同的電壓，但有不同的相 位。 信號處理是將脈沖階梯調(diào)制與相位調(diào) 制結(jié)合在一起。這種發(fā)射機(jī)應(yīng)用全數(shù)字的 音頻通道。信號整形、濾波、及調(diào)制，均 由數(shù)字信號處理器（ DSP）完成。 M2W機(jī)調(diào)制原理 M2W機(jī)的量化補(bǔ)償方式 M2W機(jī)功率模塊工作原理 M2W機(jī)功率模塊控制信號的產(chǎn)生 DAM機(jī)的量化補(bǔ)償方式 數(shù)字調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī) (DAM 機(jī) ) , 使用大臺 階和小臺階功率模塊的開閉來獲得所需功率輸 出 ,當(dāng)大臺階功率模塊的開通不能反映輸入的音 頻信號時 , 即存在量化失真時 , 則同時開通相應(yīng) 數(shù)量的小臺階功率模塊進(jìn)行量化失真的補(bǔ)償 M2

36、W機(jī)的量化補(bǔ)償方式 100 千瓦 M2W 機(jī)有 80 個等壓輸出的功率模塊 對于音頻輸入信號的 t1 時刻 ,開通 N 個功率模塊就 能反映此刻的信號電平 對于 t2 時刻 , 除開通前面的 N 個功率模塊外 , 再開通一個功率模塊 , 即開通 N + 1 個模塊 并調(diào)整每個模塊射頻輸出大小 , 使之輸出幅度由 E 減小為 E , 合成后的輸出幅度便能反映此刻的音 頻輸入信號電平 M2W機(jī)功率模塊工作原理 M2W機(jī)功率模塊工作原理 M2W機(jī)功率模塊采用場效應(yīng) MOS 管構(gòu)成一 個 H型橋式開關(guān)放大器 , 與 DAM 機(jī)相同。模 塊負(fù)載 R為射頻功率合成器 , 初級是每個模 塊板上的鐵氧體磁環(huán)纏

37、繞的線圈 , 次級就是 將所有模塊板上的磁環(huán)貫穿起來的一根銅 棒 , 各個模塊的輸出電壓匯集在一起 , 取得功 率合成 , 也與 DAM機(jī)相類似 M2W機(jī)功率模塊工作原理 一個載頻周期內(nèi) , 若 FC + 和 FC - 的相位與 FC 不存在相移 輸出波形的付里葉展開式為 : U1=4A/ (sin t+1/3sin3 t+1/5sin5 t+ ) 濾波后可得到載波正弦輸出電壓 U2=4A/ sin t M2W機(jī)功率模塊工作原理 若 FC + 、 FC - 與 FC 產(chǎn)生相移 , 0 其付里葉展開式為 U3=4A/ cos (sin t+1/3sin3 t+1/5sin5 t + ) 濾波后可

38、得到載波正弦輸出電壓 U4=4A/ cos sin t 相移為零時輸出波形 相移 不為零時輸出波形 M2W機(jī)功率模塊工作原理 可見 , 隨著相移的變化 , 功率模塊輸出的脈沖 寬度也在發(fā)生變化 , 載波幅度也跟著變化 。 當(dāng) = 0 時 , 載波幅度最大 , =90 時 , 載 波幅度最小。如果模塊輸入一單音信號 , 濾 波后會得到如圖所示調(diào)幅波 M2W機(jī)功率模塊工作原理 DAM機(jī)合成器輸出的射頻方波信號幅度的變化與 輸入音頻信號的變化相對應(yīng) , 合成器完成功率合成 , 信號經(jīng)過輸出網(wǎng)絡(luò)后產(chǎn)生精確調(diào)幅波 M2W 機(jī)每個模塊被選通后 , 在 FC + 和 FC - 信號的 控制下模塊輸出脈沖的幅

39、度不變而寬度隨輸入音 頻信號變化 , 合成器將相同的模塊輸出電平進(jìn)行功 率合成 , 合成電流送往輸出網(wǎng)絡(luò) , 得到與音頻信號 變化一致的調(diào)幅波包絡(luò) M2W機(jī)功率模塊控制信號的產(chǎn)生 M2W機(jī)用 16 bit 的數(shù)字音頻信號來產(chǎn)生功率 模塊的控制信號 : ON、 FC + 和 FC 高 7 位產(chǎn)生 ON 信號 , 決定某一瞬間需要開 通的功率模塊數(shù) 低 9 位產(chǎn)生 FC + 和 FC - 信號 , 決定功率模塊 的相移 計算機(jī)軟件根據(jù)音頻輸入信號大小進(jìn)行實(shí) 時計算后發(fā)出這 3 個控制信號 M2W機(jī)功率模塊控制信號的產(chǎn)生 DAM機(jī)的數(shù)字音頻系統(tǒng)給出大臺階和小臺 階模塊的合斷控制信號 , 其內(nèi)部的 A

40、/ D 轉(zhuǎn)換 器輸出 12bit 的數(shù)字音頻信號 采用 42 個等壓和 6 個不等壓功放單元 , 其分 辨率為 42 63 + 42 + 63 = 2751 ,即 11.43bit , 利用抖動信號可提高 2 bit , 實(shí)際分辨率達(dá) 13.43 bit M2W機(jī)功率模塊控制信號的產(chǎn)生 M2W機(jī)用 16 bit 的數(shù)字音頻信號來產(chǎn)生功率 模塊的控制信號 有 80 個等壓輸出的功率模塊 , 其分辨率能達(dá) 到 15.14bit , 比 DAM 機(jī)高 , 失真更小 , 音質(zhì)更 好 M2W機(jī)調(diào)制原理綜述 從上面的分析知道 , M2W 機(jī)的調(diào)制是同時采用幅 度和相位兩種調(diào)制來實(shí)現(xiàn) , 簡稱為幅相調(diào)制。

41、幅度調(diào)制是根據(jù)音頻輸入信號大小決定某一瞬間 需要開通的功率模塊數(shù)量 , 給出對應(yīng)的射頻輸出電 壓包絡(luò)。 由于射頻包絡(luò)與音頻包絡(luò)之間存在量化誤差 , 則采 用相位調(diào)制予以解決。相位調(diào)制是對每個模塊進(jìn) 行相移處理 , 減小量化誤差。 信號處理原理圖 （二）、 3D技術(shù) 3DX系列發(fā)射機(jī)技術(shù)是 Harris公司對 原有 DX系列發(fā)射機(jī)的改進(jìn)。 3D是指直接數(shù)字驅(qū)動（ Direct Digital Drive） , 3D技術(shù)可以不使用 RF中間放大器， 降低了發(fā)射機(jī)的復(fù)雜性，增加了可靠性。 在采用 3D技術(shù)的發(fā)射機(jī)中，用直接數(shù)字驅(qū) 動系統(tǒng)代替了 DX系列的模擬射頻驅(qū)動系 統(tǒng)。 3D型發(fā)射機(jī)原理方塊圖

42、3D型發(fā)射機(jī)的 RF功率放大器也得到 改進(jìn)，使用由串行調(diào)制編碼器來的兩個 TTL射頻驅(qū)動信號和 TTL開關(guān)控制信號。 驅(qū)動信號已經(jīng)提供兩路相位相差 1800的信 號，因此，在 RF功率模塊中不需要使用 RF激勵變壓器進(jìn)行倒相。 此外，還做了其他方面的改進(jìn)，例如 保護(hù)方面，在減低激勵功率的消耗方面等。 現(xiàn)在，整個 RF功率放大器的典型效率可達(dá) 97.5%。 3D型發(fā)射機(jī)還使用了一種 DSAM （ Digital Serial Adaptive Modulation-數(shù)字 串行自適應(yīng)調(diào)制）技術(shù)。 這種技術(shù)提供連續(xù)監(jiān)測每個串行調(diào)制 編碼器和射頻功率放大模塊，在發(fā)生故障 時情況下，自動進(jìn)行再分配，確保發(fā)射機(jī) 處于最好的性能。 3D型發(fā)射機(jī)的激勵器采用直接數(shù)字合 成（ DDS）。