DAM循環(huán)調(diào)制中波發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)

付立英

（松原中波發(fā)射臺(tái)，吉林 松原 138000）

0 引 言

DAM系列發(fā)射機(jī)采用數(shù)字循環(huán)調(diào)制技術(shù)，具有多種保護(hù)功能。功率放大器采用模塊化設(shè)計(jì)，功放模塊可互相互換，因此每個(gè)功放模塊都處于等幾率工作狀態(tài)，熱負(fù)荷均勻。當(dāng)個(gè)別功放模塊出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)射機(jī)循環(huán)調(diào)制系統(tǒng)自動(dòng)分配多余模塊替補(bǔ)故障模塊工作（多余模塊包括正峰調(diào)制140%時(shí)使用的模塊和備用模塊）保證發(fā)射機(jī)滿功率運(yùn)行，不影響發(fā)射機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，有效降低了停播率和劣播率。發(fā)射機(jī)采用DDS頻率直接合成及AES/EBU數(shù)字音頻接口技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻廣播打下了基礎(chǔ)。

1 采用標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)合理

發(fā)射機(jī)的所有單元電路板都采用模塊化設(shè)計(jì)，接插連接可靠，可以進(jìn)行獨(dú)立的拆裝，方便用戶維護(hù)。集成電路采用的插座方式，可有效避免發(fā)生故障而導(dǎo)致集成電路的損壞。

各種單元電路板設(shè)計(jì)合理，采用模塊化設(shè)計(jì)替換方便，方便用戶維護(hù)的同時(shí)，也有效降低了維護(hù)費(fèi)用。發(fā)射機(jī)采用的場效應(yīng)管為IR公司的RFP350，集成電路中的其他器件如三極管、二極管和接插件均采用流行通用產(chǎn)品，方便用戶替換。在DAM系列發(fā)射機(jī)中，可相互替代。積木化設(shè)計(jì)的功放模塊，降低了負(fù)載匹配難度。

采用雙頻蔽方式設(shè)計(jì)整機(jī)機(jī)箱，滿足國家電磁輻射技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。整機(jī)機(jī)箱噴涂采用熱固性粉末處理內(nèi)外表面，可實(shí)現(xiàn)不變色、不脫落。機(jī)箱門選擇前后開的方式，使發(fā)射機(jī)可以無縫整齊排列，有效節(jié)約機(jī)房的空間面積。門鎖采用自扣形式，便于維護(hù)和應(yīng)急故障處理。

電源與安全措施設(shè)計(jì)合理。發(fā)射機(jī)主整變壓器工作時(shí)，發(fā)熱小、余量大，抽頭可調(diào)整。12相全波整流電路具有紋波低、濾波電路簡單的優(yōu)點(diǎn)，輸出的230 V直流電壓為功放電壓。每個(gè)230 V直流電壓都有輔助RC放電回路。當(dāng)發(fā)射機(jī)門打開后，門聯(lián)鎖開關(guān)動(dòng)作后切斷交流電源，230 V功放電壓經(jīng)過泄放電阻放電，以此確保安全。

以10 kW發(fā)射機(jī)為例，全機(jī)42只大臺(tái)階功放模塊、6只二進(jìn)制臺(tái)階功放模塊、3只驅(qū)動(dòng)級(jí)功放模塊及1只前置驅(qū)動(dòng)級(jí)功放模塊共52只功放模塊（模塊的電路形式和結(jié)構(gòu)全部一致）可隨意互換，然后根據(jù)提供的不同功放電壓和改變合成器上的磁環(huán)變壓器初級(jí)線圈的匝數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同功率的RF輸出[1]。

小臺(tái)階放大器控制信號(hào)傳輸線上的控制開關(guān)可以控制小臺(tái)階放大器的通/斷，利于尋找故障或應(yīng)急運(yùn)行。

DAM系列發(fā)射機(jī)采用電壓疊加方式實(shí)現(xiàn)功率合成。以10 kW發(fā)射機(jī)為例，42塊功率放大器模塊輸出RF電壓累計(jì)合成，有足夠的模塊備份。當(dāng)個(gè)別功放模塊出現(xiàn)故障后，故障模塊退出工作狀態(tài)，備份模塊替補(bǔ)工作，維持正常的輸出功率。射頻分配信號(hào)采用傳輸線分配方式輸出96路RF激勵(lì)信號(hào)，保持功放模塊的穩(wěn)定工作。

2 采用數(shù)字調(diào)幅，循環(huán)調(diào)制編碼技術(shù)，具有浮動(dòng)載波功能

DAM系列中波發(fā)射機(jī)采用數(shù)字幅度調(diào)制。數(shù)字調(diào)幅以一定時(shí)刻開通輸出調(diào)制音頻信號(hào)對(duì)應(yīng)調(diào)制幅度的功放模塊，實(shí)現(xiàn)輸出RF電壓的調(diào)制方式。數(shù)字調(diào)幅也稱幅度量化調(diào)制，即對(duì)模擬幅度信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。音頻調(diào)制信號(hào)輸入后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后輸出12 bit信號(hào)，經(jīng)循環(huán)調(diào)制編碼電路后，作為功放模塊導(dǎo)通與截至的控制信號(hào)。編碼后的信號(hào)按規(guī)律進(jìn)行移位實(shí)現(xiàn)循環(huán)工作，工作的功放模塊輸出電壓累積實(shí)現(xiàn)功率合成，即通過控制功放模塊的開通數(shù)量實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制。合成后的RF電壓經(jīng)過發(fā)射機(jī)末級(jí)槽路的帶通濾波器，濾除多余的諧波成分和量化臺(tái)階，并輸出已調(diào)波信號(hào)。

DAM系列發(fā)射機(jī)采用循環(huán)調(diào)制的工作方式。RF功放模塊輪流工作，可有效降低模塊的熱負(fù)荷，提高模塊（特別是功放管）的使用壽命。循環(huán)調(diào)制編碼板負(fù)責(zé)處理功率放大級(jí)的大臺(tái)階和小臺(tái)階模塊，實(shí)現(xiàn)截止與導(dǎo)通功能。也可設(shè)置“不循環(huán)”工作方式（用戶自行設(shè)置），用于檢查機(jī)器故障，實(shí)現(xiàn)功放模塊的故障自動(dòng)檢測、自動(dòng)退出及自動(dòng)替換功能。音頻信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為12 bit的數(shù)字音頻信息，通過調(diào)制編碼器處理后控制獨(dú)立功放單元的開通與截至，經(jīng)射頻功率合成器與帶通濾波器完成D/A轉(zhuǎn)換形成調(diào)幅波。

功放模塊。發(fā)射機(jī)采用“數(shù)字幅度調(diào)制與循環(huán)工作”的調(diào)制方式，利用可以互相替代的功放模塊實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。10 kW-DAM發(fā)射機(jī)使用52個(gè)一樣的功放模塊，每個(gè)模塊使用4只IRF350場效應(yīng)管，形成一個(gè)由12 bit數(shù)字音頻信號(hào)獨(dú)立控制的“橋型放大電路”。該放大電路屬于D類放大器，效率接近93%，整機(jī)效率高達(dá)85%[2]。

故障自動(dòng)監(jiān)測。DAM系列發(fā)射機(jī)在循環(huán)調(diào)制的基礎(chǔ)上，增加了功放單元的故障自動(dòng)檢測、自動(dòng)退出和自動(dòng)替換功能。當(dāng)個(gè)別功放模塊出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)檢測后自動(dòng)將故障模塊退出工作狀態(tài)。140%（正峰）調(diào)制時(shí)，才開通的模塊將自動(dòng)替補(bǔ)工作。可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)替補(bǔ)的功放模塊共有6塊，保證了發(fā)射機(jī)在個(gè)別模塊出現(xiàn)故障時(shí)也能維持額定輸出功率，確保了發(fā)射機(jī)的技術(shù)指標(biāo)和最大調(diào)制度不變。

DAM中波發(fā)射機(jī)采用的浮動(dòng)載波技術(shù)，在保證覆蓋場強(qiáng)和收聽效果不變的前提下，降低了設(shè)備的能耗，具有重要的社會(huì)意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。此外，載波電平可以自動(dòng)設(shè)置，利用功放電壓的變化取樣來穩(wěn)定載波功率。當(dāng)380 V交流電在±10%之間波動(dòng)時(shí)，發(fā)射機(jī)輸出功率的變化范圍小于1%，基本維持不變。發(fā)射機(jī)有較強(qiáng)的平均調(diào)制能力，當(dāng)調(diào)幅達(dá)到100%時(shí)，整個(gè)音頻通道內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最大峰值輸出可達(dá)到140%。

3 調(diào)制信號(hào)處理與信號(hào)源

發(fā)射機(jī)配有音頻處理器，采用音頻處理芯片NE570處理輸入的調(diào)制音頻信號(hào)。它對(duì)所調(diào)音頻進(jìn)行頻域均衡、幅度限制、增益控制和動(dòng)態(tài)壓縮，以保證設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象，在不影響三大指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提高了收聽響度和平均調(diào)制度。它還具有跟蹤音頻信號(hào)調(diào)制功能，確保音頻調(diào)制信號(hào)與發(fā)射機(jī)輸出電平同步改變。在改變發(fā)射機(jī)輸出功率時(shí)，音頻調(diào)制電平不需額外調(diào)整。

發(fā)射機(jī)配有用于同步廣播的激勵(lì)器接口，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)本身激勵(lì)信號(hào)與同步激勵(lì)器激勵(lì)信號(hào)的切換。發(fā)射機(jī)默認(rèn)外部激勵(lì)信號(hào)為主信號(hào)，當(dāng)有外部激勵(lì)信號(hào)輸入時(shí)，自動(dòng)切換至外部激勵(lì)器；當(dāng)沒有外部激勵(lì)信號(hào)或該信號(hào)發(fā)生故障時(shí)，信號(hào)自動(dòng)切換到本機(jī)激勵(lì)器上。切換功能由DDS頻率合成器實(shí)現(xiàn)。

4 自動(dòng)控制、顯示、報(bào)警及故障處理方式

DAM循環(huán)調(diào)制發(fā)射機(jī)采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，代替了傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)的復(fù)雜表頭指示電路、LED狀態(tài)顯示電路及控制與接口電路。發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路，使用的16位單片機(jī)為Intel公司的C8051F023，使用的大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD為ALtere公司的EPM240T100CS，高精度時(shí)鐘芯片為Dallas公司的DS12C887，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)狀態(tài)的智能自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話，且發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)可以直接顯示于顯示屏。附加LED8421碼載波頻率指示電路，從遠(yuǎn)處可清晰觀察設(shè)備的載波載波頻率。調(diào)幅度指示電路提供實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)音頻載波輸入情況，還配有故障蜂鳴報(bào)警器。集成電路具有全套的聲光報(bào)警功能，設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，顯示屏提供故障提示的同時(shí)，依據(jù)故障分類提供聲光報(bào)警信號(hào)。

發(fā)射機(jī)具有遠(yuǎn)程控制接口的功能，采用RS422接口通信電路,可以方便與上位機(jī)“發(fā)射臺(tái)站監(jiān)控系統(tǒng)”的軟件進(jìn)行通信，完成對(duì)發(fā)射機(jī)的聯(lián)網(wǎng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測和遙控。上位機(jī)采用有多路RS422接口的摩沙卡，以PIC總線方式工作。

發(fā)射機(jī)擁有門聯(lián)鎖、外部聯(lián)鎖、風(fēng)節(jié)點(diǎn)聯(lián)鎖、電聯(lián)聯(lián)鎖和功放到位聯(lián)鎖等聯(lián)鎖保護(hù)功能。濾波器箱裝有接地棒，維護(hù)時(shí)可以快速放電。發(fā)射機(jī)依據(jù)故障類型實(shí)行不同的保護(hù)方式。當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)射機(jī)顯示屏提供各部分的故障指示。發(fā)射機(jī)依據(jù)故障級(jí)別對(duì)出現(xiàn)的故障分為七類：（1）關(guān)機(jī)斷高壓保護(hù)，聯(lián)鎖故障（包括門聯(lián)鎖和外部聯(lián)鎖）、因溫度過高引發(fā)的“風(fēng)故障”、直流穩(wěn)壓電源的B+/B-電源故障、輸出檢測板±5 V電源故障、交流380 V電源缺相和功放電壓過壓等，均會(huì)引起關(guān)機(jī)斷高壓現(xiàn)象；（2）發(fā)射機(jī)掉高壓后重啟，如果設(shè)備仍然存在故障，則繼續(xù)掉高壓并不再重啟，這類故障是由發(fā)射機(jī)的“過流”“過激勵(lì)”或“欠激勵(lì)”（10 kW發(fā)射機(jī)正常的射頻驅(qū)動(dòng)電平為28～32 VPP，若小于28 V為欠激，大于32 V為過激）等造成的；（3）當(dāng)發(fā)射機(jī)的駐波比持續(xù)過高，即“天線零位”過大或“濾波器零位”過大時(shí)，發(fā)射機(jī)會(huì)自動(dòng)降低輸出功率播出；（4）當(dāng)發(fā)射機(jī)音頻調(diào)制系統(tǒng)的模擬輸入電路（浮動(dòng)載波板）的±15 V電源和模/數(shù)轉(zhuǎn)換板的±15 V、+5 V電源存在故障，會(huì)使發(fā)射機(jī)封鎖功率輸出；（5）模/數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)取樣頻率不對(duì)或取樣信號(hào)與轉(zhuǎn)換間存在延時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)出現(xiàn)故障，繼而產(chǎn)生復(fù)位清零信號(hào)；（6）個(gè)別功放模塊存在故障退出工作狀態(tài)，由備份功放模塊自動(dòng)替補(bǔ)工作，且故障顯示板會(huì)顯示故障信息；（7）交流電源過低或缺相，會(huì)導(dǎo)致高壓斷路器不能動(dòng)作，發(fā)射機(jī)被封鎖。

5 其他特點(diǎn)

發(fā)射機(jī)末極槽路設(shè)計(jì)為π形匹配網(wǎng)絡(luò)。該匹配網(wǎng)絡(luò)具有良好的防雷效果，且發(fā)射機(jī)RF輸出接口設(shè)置有石墨放電球。這些措施可有效防范雷擊對(duì)發(fā)射機(jī)設(shè)備的破壞。發(fā)射機(jī)的電源系統(tǒng)安裝了壓敏電阻，防止發(fā)射機(jī)開機(jī)或電源瞬間變化引發(fā)浪涌電流而對(duì)破壞設(shè)備。在RF的輸出端利用取樣電路實(shí)現(xiàn)駐波保護(hù)，確保雷擊發(fā)生時(shí)場效應(yīng)管不受損害。在電源輸入端設(shè)置防浪涌的壓敏電阻，阻止雷電從電源線進(jìn)入機(jī)器，從而保證電源系統(tǒng)和其他設(shè)備的安全。

發(fā)射機(jī)以風(fēng)冷形式實(shí)現(xiàn)冷卻，在發(fā)射機(jī)功放系統(tǒng)的底部安裝低噪聲、大功率的離心風(fēng)機(jī)，能有效散熱，且噪聲小。

6 結(jié) 論

DAM系列中波廣播發(fā)射機(jī)采用成熟完備的數(shù)字幅度調(diào)制方式，提高了設(shè)備的聲電技術(shù)指標(biāo)，具有良好的幅頻動(dòng)態(tài)響應(yīng)，克服了傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)難以避免的非線性失真問題。發(fā)射機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大功率模/數(shù)變換與數(shù)/模變換系統(tǒng)，采用了大量的數(shù)字集成電路用于控制系統(tǒng)、音頻處理系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，同時(shí)射頻系統(tǒng)利用D類開關(guān)放大器，大幅降低了發(fā)射機(jī)整體能耗，提高了整機(jī)效率，節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用，降低了設(shè)備維護(hù)量，減少了人工維護(hù)成本，提高了技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平。