從調(diào)頻廣播發(fā)射機到CDR廣播發(fā)射機中功放板的變化

劉小雄

（作者單位：江西省七0七電視臺）

功放板是發(fā)射機的重要組成部分，每部發(fā)射機根據(jù)機器總功率的不同，同樣的功放板，不同的機型使用的數(shù)量不等。當發(fā)射機由普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機變?yōu)镃DR廣播發(fā)射機時，其信號源頻譜在原有模擬立體聲調(diào)頻廣播的基礎(chǔ)上，兩側(cè)增加了數(shù)字音頻廣播部分的數(shù)據(jù)，其變化過程如圖1所示。

CDR廣播發(fā)射機頻譜，如圖2所示。Pin為1 W時，輸出功率為10 W；Pin為2 W時，輸出功率為20 W，以此類推。這意味著輸出功率幾乎從零到最大值，增益都為常數(shù)。線性度可以用dB表示的1dB增益壓縮點或三階交截點來表達。

通常把增益下降到比線性增益低1 dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1 dB壓縮點，典型情況下，當功率超過P1 dB時，增益將迅速下降并達到一個最大的或完全飽和的輸出功率。

以飛思卡爾的MRFE6VP61K25H場效應(yīng)管為例，查其官方資料得到圖3。

從圖3可以看出MRFE6VP61K25H的P1 dB為61.3 dBm，約為1333 W。如果此功放板應(yīng)用在調(diào)頻廣播發(fā)射機上，功放板工作在飽和區(qū)，非線性狀態(tài)，那么它的理論最大輸出功率可以達到1300 W左右；實物測試工作在88～108 MHz的MRFE6VP61K25H功放板，其輸出功率根據(jù)頻率不同在1100～1250W，增益在24 dB左右，輸出效率最大在78%左右，與資料提供的參數(shù)相符。

當功放板需要放大數(shù)字音頻信號時，就需要工作在線性狀態(tài)，這個時候，就要在P1 dB點回退3～4 dB，使實際的增益曲線向理想的增益曲線靠近，這個時候場效應(yīng)管就會工作在失真很小的線性狀態(tài)。以MRFE6VP61K25H為例，它的P1 dB為61.3 dBm，回退3～4 dB后，輸出功率約為57.3 dBm（537 W）。根據(jù)實際測量的模擬狀態(tài)的功放板的輸出功率，換算成數(shù)

圖1 普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機頻譜示意圖

圖2 CDR廣播發(fā)射機頻譜示意圖

調(diào)頻廣播發(fā)射機的調(diào)制方式是FM調(diào)制，屬于非線性調(diào)制，對放大器沒有任何線性度指標要求。在這種情況下，為節(jié)省能源以及節(jié)約機器成本，普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機的功放板基本都工作在飽和區(qū)，單功放板效率最高，線性指標最差。以MRFE6VP5600H的輸入輸出特性曲線為例，在實際使用中，單功放板的輸出功率均在600 W以上，實際測試效率在75%以上（供電48 V），其輸出功率和效率存在一定關(guān)系。

當由調(diào)頻廣播發(fā)射機發(fā)展為CDR廣播發(fā)射機時，因為在原有頻譜的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字廣播部分，如果功放板繼續(xù)工作在飽和區(qū)，非線性狀態(tài)，會導(dǎo)致信號失真，完全無法正常使用。此時，就需要改變功放板的工作狀態(tài)，讓其工作在線性區(qū)。

對于要線性工作的所有晶體管，為使其工作點處于轉(zhuǎn)移特性線性區(qū)域，必須給予其一定量的正向偏置。理論線性意味著輸出功率線性跟蹤輸入功率，即字音頻狀態(tài)，具體計算如下：1100～1250 W為，60.4～60.9 dBm，回退3～4 dB，其在調(diào)頻段輸出為，56.4～56.9 dBm，換算成功率為436.5～489 W。由圖4可知，當晶體管的輸出功率下降時，功放板的效率也會有所降低，所以，相比普通的調(diào)頻廣播發(fā)射機，CDR數(shù)字音頻廣播發(fā)射機的整機效率較低。

圖3 MRFE6VP61K25H場效應(yīng)圖

圖4 調(diào)頻段輸出示意圖

如果利用電臺現(xiàn)有機器以增益曲線回退的方法，暫時代替CDR調(diào)頻廣播級發(fā)射機，那么10 kW（70 dBm），回退后可以代替3980 W的CDR調(diào)頻廣播發(fā)射機，以此類推3 kW（64.7 dBm），回退后可以代替1174W的CDR調(diào)頻廣播發(fā)射機。

目前，調(diào)頻廣播機常用的場效應(yīng)管基本都屬于LDMOS，N溝道型。LDMOS線性功率放大器的線性度受功放管的靜態(tài)工作點影響很大，如果要改變功放板的線性度，就需要改變功放管的靜態(tài)工作點。從LDMOS的I-V特性曲線圖5可以看出，源電壓為零時，不同Vgs下典型LDMOSFET的電流-電壓特性（VDS代表漏源電壓，IDS代表漏源電流）共分為4個區(qū)域：截止區(qū)，在這個區(qū)Vg小于開斷電壓，VDS從零開始變大，電流IDS始終接近零；線性區(qū)，又稱非飽和區(qū)或歐姆區(qū)，Vg大于開斷電壓，溝道中電子未達到飽和，IDS隨VDS增加而線性增加；飽和區(qū)，溝道中電子已經(jīng)完全達到飽和，VDS增加IDS變化很小，漏電流飽和；準飽和區(qū)，Vgs很大時，IDS本身很大，但隨著Vgs的增大沒有明顯增加。

從LDMOS的I-V特性曲線圖得知，在VDS確定的情況下，要改變功放板的工作狀態(tài)，就要改變Vgs柵極電壓，從MRFE6VP61K25H的PDF資料可以看出，當Vgs增大時，場效管的IDQ會急劇增大，同時可以看出在IDQ一定的情況下，隨著溫度的上升，所需的Vgs會下降，在功放板實際使用中，場效應(yīng)管的溫度，會隨著使用很快升高，那么為了穩(wěn)定工作點，就需要在柵極增加溫補電路以此確保功放板持續(xù)工作在線性區(qū)。

從以上可以看出，當調(diào)頻廣播發(fā)射機發(fā)展到CDR廣播發(fā)射機時，它的信號頻譜發(fā)生了變化，導(dǎo)致功放板需要工作在線性區(qū)，而功放板的工作狀態(tài)的改變需要調(diào)整其柵極電壓，同時會使IDQ發(fā)生變化，而IDQ受溫度影響較大，就需要在功放板的柵極增加溫補電路，以此確保功放板穩(wěn)定工作，只有功放板穩(wěn)定工作了，整機才能穩(wěn)定的工作在CDR模式。

圖5 LDMO S的I-V特性曲線圖