短波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)的發(fā)展探討

何金輝

國家新聞出版廣電總局八七一臺 572600

目前，短波廣播發(fā)射技術(shù)主要應(yīng)用在兩個方面：一是軍事通信，二是民用廣播。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，發(fā)射機(jī)內(nèi)部元件技術(shù)的不斷改進(jìn)等，使新一代發(fā)射機(jī)的性能更加良好，操作性和可靠性都有了更大的提升。以下，對短波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)進(jìn)行綜合性的介紹。

1 短波廣播發(fā)射機(jī)概述

在短波廣播系統(tǒng)中，短波廣播傳播的是電磁波，傳播的主要途徑是依靠電離層反射。存在的缺點是，由于電離層的不穩(wěn)定性，在任何一個固定服務(wù)區(qū)的接收效果會隨著電離層的變化而時強(qiáng)時弱有時甚至接收不到信號。因此，我們要依據(jù)不同地區(qū)、年份、季節(jié)及晝夜的不同時間來改變發(fā)射機(jī)所使用的頻率，以求得電波的穩(wěn)定傳播，進(jìn)而得到最佳的傳播效果，所以短波要時常換頻。并且與其它頻段相比較而言，短波信號不穩(wěn)定，衰落比較嚴(yán)重。這時就需要大功率短波發(fā)射機(jī)通過一定的方式來傳輸信號。

大功率的短波廣播發(fā)射機(jī)在較遠(yuǎn)距離進(jìn)行通信時，有如下優(yōu)勢：第一，能夠提高接收機(jī)信號的質(zhì)量，從而使信號更加清晰。第二，提高信道的通暢率，加快數(shù)據(jù)傳輸速度，保證數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)及時有效完成。第三，即使在惡劣的環(huán)境下，或者受到電子干擾的時候，依然能夠保證通信質(zhì)量。

2 短波廣播發(fā)射機(jī)的發(fā)展概況

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，短波廣播發(fā)射機(jī)經(jīng)過不斷的技術(shù)革新和改造，歷經(jīng)了人工調(diào)諧向自動調(diào)諧的轉(zhuǎn)變、窄帶向?qū)拵У霓D(zhuǎn)變、模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，以及人為手動控制向自動控制的轉(zhuǎn)變后，終于實現(xiàn)了功能和性能兩個方面上的提高。我國的短波廣播發(fā)射機(jī)到目前已是第三代，其發(fā)展過程共分為三個階段，簡要介紹如下：

第一代短波廣播發(fā)射機(jī)使用窄帶放大器，人工調(diào)諧匹配，模擬式的電源和激勵器，整機(jī)人為手動進(jìn)行控制。其優(yōu)點在于：線路設(shè)計比較簡單，元件由國內(nèi)自主研發(fā)。缺點是設(shè)備采用人工調(diào)諧匹配，導(dǎo)致更換頻率花費的時間長；人為操作過程中萬一出現(xiàn)失誤，容易導(dǎo)致設(shè)備損壞。

第二代短波廣播發(fā)射機(jī)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代以后。第二代短波廣播發(fā)射機(jī)的改進(jìn)之處在于：第一，功放管的材料由玻璃外殼電子管改進(jìn)為金屬陶瓷電子管，提升了性能的優(yōu)良性。第二，將人工調(diào)諧技術(shù)改進(jìn)為自動調(diào)諧技術(shù)，從而避免了人為操作過程中出現(xiàn)的失誤。

第三代短波廣播發(fā)射機(jī)逐步發(fā)展于90年代中期，其優(yōu)點在于：第一，電源和功放都是模塊化設(shè)計，并且加入了冗余理念，提高了設(shè)備的使用性能。第二，大功率短波發(fā)射機(jī)電子管使用的數(shù)量逐漸減少，半導(dǎo)體器件的功率等級逐漸提高。電子管的結(jié)構(gòu)和性能不斷改進(jìn)增強(qiáng)，冷卻方式越來越完善，大大提高了其穩(wěn)定性。第三，使用了寬帶放大器，因為寬放工作頻帶寬，所以不需要調(diào)諧，縮短了換頻時間，能夠提高工作效率。

3 短波廣播發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 開關(guān)電源模塊技術(shù)

短波廣播發(fā)射機(jī)的工作環(huán)境要求很高，尤其當(dāng)工作對象是駐波較大的頻率點時，容易導(dǎo)致電源承受過大的電流荷載。這時，電源模塊的自動保護(hù)功能就要起到作用，保證電源不受損壞。此外，開關(guān)電源模塊應(yīng)當(dāng)在設(shè)計時采取冗余理念，設(shè)置雙電源或三電源，即使主電源損壞不能工作，備用電源仍然能夠保證發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行和工作。除冗余設(shè)計外，電源模塊效率越高、噪聲越低，短波廣播發(fā)射機(jī)的整體性能就越好。

3.2 功放技術(shù)

大功率短波廣播發(fā)射機(jī)的核心是功放部分（主要包括電子管放大器和PSM功率模塊放大器），決定了發(fā)射機(jī)性能的好壞。功放部分如果工作帶寬較寬、失真率較低、效率較高，那么發(fā)射機(jī)的設(shè)計就是成功的。

3.3 低通濾波技術(shù)

既滿足濾波的要求，又能夠承受額定的功率，這是大功率低通濾波器的要求。所以，在濾波器的設(shè)計上，電容器和電感線圈要求質(zhì)量一定要好，必須是高Q值，并且損耗盡量低，同時要科學(xué)設(shè)計回路和結(jié)構(gòu)。只有這樣，低通濾波器才能夠滿足最初提出的兩個要求。

3.4 脈沖階梯調(diào)制技術(shù)

脈沖階梯調(diào)制技術(shù)是把主整和調(diào)幅器化整為零，由多套（現(xiàn)一般為48套或52套）低壓整流器串聯(lián)而成。每套整流器受控于電子開關(guān)（IGBT）,這些電子開關(guān)又受控于直流控制信號和音頻調(diào)制信號，從而使射頻被調(diào)級獲得載波點的直流屏壓和高電平的音頻調(diào)制電壓。

4 短波廣播發(fā)射機(jī)的市場發(fā)展趨勢

4.1 市場分析

根據(jù)發(fā)射機(jī)的電路原理的不同，目前市場上的發(fā)射機(jī)共有3種類型：

1）模擬發(fā)射機(jī)

顧名思義，模擬發(fā)射機(jī)只能接收模擬的音頻信號，放大或限幅音頻信號都是采用模擬的形式。在這其中，比較常見的就是脈沖階梯調(diào)制模式。該模式是模擬發(fā)射機(jī)的典型調(diào)制模式，簡稱為“PSM”模式。

2）半數(shù)字化發(fā)射機(jī)

半數(shù)字化發(fā)射機(jī)在接收模擬音頻信號的基礎(chǔ)上，還能夠接收數(shù)字音頻信號。對立體聲的編碼、音頻信號的處理，由數(shù)字信號處理器（DSP）完成。立體聲復(fù)合信號通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，然后對VCO進(jìn)行調(diào)制。和模擬發(fā)射機(jī)相比，唯一的不同是在立體聲復(fù)合信號發(fā)生之前是數(shù)字化的，被稱為“DSP+PLL”模式。

3）數(shù)字發(fā)射機(jī)

數(shù)字發(fā)射機(jī)則是運(yùn)用了軟件無線電技術(shù)，從音頻到射頻的全過程都采用數(shù)字化。它所接收的信號都通過數(shù)字信號處理器完成處理，調(diào)制過程通過直接數(shù)字調(diào)制合成器完成，從而實現(xiàn)全過程的數(shù)字化，被稱為“DSP+DDS”模式。

4.2 市場變化方向

1）更加真實、更加形象的音質(zhì)

短波廣播通過數(shù)字化處理后，能夠?qū)σ糍|(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，甚至能夠達(dá)到CD的質(zhì)感。更加形象和真實的音質(zhì)，會帶給人更加愉悅的享受。

2）更高的工作可靠性

隨著發(fā)射機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn)，采用集成電路代替彼此獨立的元件。內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加簡單，可靠性大大增強(qiáng)。

3）實現(xiàn)功能上的最大化

軟件無線技術(shù)的實現(xiàn)，是在設(shè)備的硬件設(shè)施不變的前提下，搭載不同的軟件系統(tǒng)。新型的發(fā)射機(jī)就利用了軟件無線技術(shù)，從而實現(xiàn)不同的功能。如此，一方面有利于廠家的生產(chǎn)組織，另一方面可以提高發(fā)射機(jī)的自身性能。

4）雙路音頻的自動切換

將模擬音頻和數(shù)字音頻兩種模式都接入到發(fā)射機(jī)中，能夠應(yīng)對系統(tǒng)功能較高的環(huán)境要求，從而實現(xiàn)音頻功能在模擬與數(shù)字之間的自由切換。這樣的設(shè)計，一方面不會在外部增設(shè)音頻的應(yīng)急切換器，另一方面能夠提高發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性，提高使用性能。

5）實現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控

在發(fā)射機(jī)中加入軟件通信技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及工作情況，同時，結(jié)合計算機(jī)信息技術(shù)，可以實現(xiàn)發(fā)射機(jī)的遠(yuǎn)程控制，并在故障診斷工作中發(fā)揮巨大的作用。

5 短波廣播發(fā)射技術(shù)的發(fā)展前景

5.1 多媒體

實踐證明，廣播聽眾感興趣的部分只是內(nèi)容，而不是使用了什么樣的廣播技術(shù)。結(jié)合聽眾的意愿的和當(dāng)今社會的發(fā)展?fàn)顩r可以得知，單純的聲音廣播在未來不會有很大的發(fā)展前途，會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字多媒體廣播（DMB），以此滿足社會中不同人群的不同需要。

5.2 數(shù)字化

在未來，隨著社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，解決模擬廣播的唯一途徑就是轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字廣播。廣播機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化改造，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約功率和節(jié)約頻譜的兩大好處。并且，隨著數(shù)字壓縮技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，頻譜的利用率會越來越高。

數(shù)字化應(yīng)用在廣播上的前景是好的，但是，應(yīng)該認(rèn)識到，數(shù)字化的發(fā)展是一個漫長的過程。想要目前廣泛應(yīng)用的模擬廣播終止使用，還需要很長的時間。從世界范圍看，歐洲計劃在2015年完成DAB和DMB取代模擬廣播的工作；而DRM成為廣播的主流，至少需要15到20年的時間。而我國廣電主管部門提出：要充分利用高新技術(shù)帶來的成果，加快傳統(tǒng)媒體向新興媒體的改造與發(fā)展。2010年，我國廣播影視取得很大進(jìn)展，基本實現(xiàn)了由模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，從而形成了功能多樣、技術(shù)先進(jìn)的廣播影視數(shù)字化體系。

5.3 交互式服務(wù)

在未來，廣播網(wǎng)絡(luò)為了適應(yīng)現(xiàn)代科技和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，將會和通信網(wǎng)絡(luò)逐漸融合，使廣播由單向式服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榻换ナ椒?wù)。如此一來，能夠擴(kuò)大廣播的受眾人群，滿足更多聽眾的個性需求。

5.4 廣播形式多樣化

在未來，廣播受眾人群能夠通過更多的途徑獲取服務(wù)、收聽廣播，例如：衛(wèi)星廣播、互聯(lián)網(wǎng)廣播、數(shù)字電視廣播、數(shù)據(jù)廣播等。形式的多樣化，能夠推動廣播的不斷發(fā)展。

5.5 接收設(shè)備先進(jìn)化

數(shù)字化技術(shù)使得接收設(shè)備小型化、多制式，具有移動性。目前而言，衛(wèi)星廣播隨身聽已經(jīng)可以做的和MP3一樣大小，能夠接收衛(wèi)星廣播，不受時間地點的限制。并且，對于你喜歡的節(jié)目，可以進(jìn)行50個小時以上的存儲。

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車的數(shù)量逐漸增多，許多人的時間都是在汽車上度過的。未來的廣播必須實現(xiàn)高質(zhì)量的移動接收，通過節(jié)目內(nèi)容和形式上的豐富，滿足受眾群體的需求。

未來會出現(xiàn)多種形式的數(shù)字廣播，而模擬廣播在市場上也依舊發(fā)揮著余熱。這就要求數(shù)字接收設(shè)備在設(shè)計與制造時，充分考慮新舊兩種不同的形式，使設(shè)備既能夠接收原有的模擬廣播，又能夠接收數(shù)字廣播。

6 結(jié)論

短波廣播發(fā)射機(jī)在過去一直以模擬信號模式運(yùn)行，為廣播聽眾帶來了精神上的愉悅。放眼未來，數(shù)字化形式將成為廣播的主流，并且配合應(yīng)用各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。我們相信，短波廣播在未來一定會再次發(fā)揮自身的獨特魅力，為受眾群體帶來更加精彩的節(jié)目。

[1]張傳明.淺析廣播發(fā)射機(jī)的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013(18).

[2]孫英男.短波廣播發(fā)射機(jī)高前級固態(tài)化實驗[J].中國科技信息，2013(10).