中波廣播發(fā)射機整機效率提升策略研究

李 靜

（棗莊市棗莊轉(zhuǎn)播臺，山東 棗莊 277100）

0 引 言

國家廣播電視總局于2022年9月發(fā)布《廣播電視無線傳輸覆蓋網(wǎng)管理辦法》，內(nèi)容包括總則、廣播電視無線傳輸覆蓋業(yè)務(wù)、利用衛(wèi)星方式傳輸廣播電視節(jié)目業(yè)務(wù)、廣播電視無線傳輸覆蓋網(wǎng)頻率的使用、無線廣播電視發(fā)射設(shè)備的訂購以及無線廣播電視設(shè)施的遷建和保護等。中波廣播是廣播電視無線傳輸覆蓋的重要組成部分，中波廣播發(fā)射機的效率與質(zhì)量影響到中波廣播無線覆蓋網(wǎng)的覆蓋情況。本文以中波廣播發(fā)射機整機效率提升為研究方向，提出中波廣播發(fā)射機整機效率提升的針對性措施，提高中波廣播發(fā)射機運行可靠性，保障廣播電視節(jié)目安全播出。

1 中波廣播發(fā)射機的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 中波廣播廣播發(fā)射機的構(gòu)成

中波廣播發(fā)射機的構(gòu)成包括射頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、智能控制及LCD觸摸屏系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)等。射頻系統(tǒng)包括功率合成器、功率放大器、驅(qū)動以及調(diào)頻激勵器等[1]，采用DSP+DDS全數(shù)字化技術(shù)立體聲調(diào)頻激勵器，使整機呈現(xiàn)接近CD音質(zhì)的聽覺效果。射頻功放單元采用循環(huán)調(diào)制方式，有效提升功放單元使用壽命。音頻系統(tǒng)由轉(zhuǎn)換器、編碼器及音頻處理器等組成，負(fù)責(zé)音頻信號的采集、處理、編碼信號轉(zhuǎn)化以及數(shù)字信號傳輸。音頻處理器能夠提升發(fā)射機平均調(diào)幅度，改善收聽效果、保障安全播音。智能控制及LCD觸摸屏系統(tǒng)是中波廣播發(fā)射機的關(guān)鍵部分，以單片機為核心，智能控制系統(tǒng)有效控制中波廣播發(fā)射機程序、電路、故障自檢等，并通過LCD觸摸屏直觀顯示主要數(shù)據(jù)及運行狀況，配備微機接口，實現(xiàn)遙控、遙測、報警、聯(lián)網(wǎng)及打印等操作。顯示系統(tǒng)包括頻率數(shù)碼顯示、調(diào)幅度指示、音頻輸入電平指示等，具備聲光報警功能，一旦發(fā)射機出現(xiàn)過壓、過流、過溫等故障，顯示屏顯示與聲音報警信號。冷卻系統(tǒng)運用低噪聲離心式風(fēng)機，強制冷卻，減少機房風(fēng)機噪音，體現(xiàn)設(shè)備完整性。供電系統(tǒng)為中波廣播發(fā)射機提供電能，保護功能齊全，具有過流、過壓、過溫等保護電路，以確保設(shè)備運行的安全。防雷系統(tǒng)在電源進線與射頻輸出級設(shè)置防雷設(shè)施與快速駐波保護電路，保證了雷電期間發(fā)射機的運行安全[2]。

1.2 中波廣播發(fā)射機關(guān)鍵技術(shù)

中波廣播發(fā)射機關(guān)鍵技術(shù)包括多路信號源技術(shù)、直接數(shù)字頻率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDS）技術(shù)、循環(huán)調(diào)制技術(shù)、浮動載波技術(shù)以及意外斷電保護技術(shù)等[3]。中波廣播發(fā)射機包括多個廣播信號源，多通道信號源技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于中波廣播發(fā)射。直接數(shù)字頻率合成以采樣理論為基礎(chǔ)，實現(xiàn)信號波形采樣，形成相位-幅度表，存儲在波形存儲器（ROM）中。直接數(shù)字頻率合成具備頻率切換時間短、頻率分辨率高、相位變化連續(xù)、輸出波形靈活、相位噪聲低和漂移小、易集成、易于調(diào)整等優(yōu)點。循環(huán)調(diào)制技術(shù)使中波廣播發(fā)射機射頻功放單元能夠高效循環(huán)運行，降低功放溫度，提升設(shè)備使用壽命，智能檢測功放單元，在發(fā)射機個別功放單元故障時，仍能保證發(fā)射機功率、調(diào)幅度不變。浮動載波技術(shù)負(fù)責(zé)調(diào)試發(fā)射機載波功率，確保發(fā)射功率穩(wěn)定傳輸信息，合理控制傳輸載波，完成中波廣播發(fā)射機異常浮動載波調(diào)制，具備良好的節(jié)能效果。意外斷電保護技術(shù)能夠確保發(fā)射機突然斷電情況下的預(yù)警與供電保護，保證中波廣播數(shù)據(jù)輸入輸出正常運行。

2 中波廣播發(fā)射機整機效率影響因素

中波發(fā)射機具有多系統(tǒng)組織，這些系統(tǒng)的設(shè)備情況與運行情況會影響發(fā)射機的整機效率。

（1）電源損耗。低壓、高壓供電電源損耗等問題，會影響發(fā)射機整機效率。

（2）功率放大器損耗。前級功效和末級功放由若干個功放板組成，功放板的消耗也會影響發(fā)射機整機效率。

（3）冷卻系統(tǒng)損耗。當(dāng)前冷卻系統(tǒng)多采用風(fēng)冷方式，所用風(fēng)機損耗也會影響發(fā)射機整機效率。

（4）變壓器損耗，低壓、高壓整流變壓器、濾波阻流圈等損耗影響發(fā)射機整機效率。

（5）元器件損耗。交流接觸器、繼電器、電阻器、小線圈等損耗影響發(fā)射機整機效率[4]。

（6）各單位電路損耗。前置驅(qū)動、射頻推動、射頻分配器、音頻輸入板、A/D轉(zhuǎn)換器及調(diào)制編碼器等功率消耗也會影響到發(fā)射機整機效率。

3 中波廣播發(fā)射機整機效率提升策略

3.1 高整變壓器設(shè)計

中波廣播發(fā)射機采用數(shù)字循環(huán)調(diào)制，連續(xù)調(diào)制能力可達(dá)100%，正峰調(diào)制能力在額定輸出功率時可達(dá)140%。變壓器在保證中波廣播發(fā)射機正常供電基礎(chǔ)上，要確保循環(huán)調(diào)制狀態(tài)下的電壓與電流穩(wěn)定性。高整變壓器設(shè)計過程要對電壓調(diào)整率、效率、銅耗精準(zhǔn)計算，安裝過程要確保符合安裝規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，維修與調(diào)整過程要確保變壓器能耗的穩(wěn)定性。

3.2 功放管檢修管理

場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor，F(xiàn)ET）即場效應(yīng)管，是電壓控制型半導(dǎo)體器件，具備輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)勢，在中波廣播發(fā)射機中應(yīng)用普遍，也是易損壞、易消耗器件。中波廣播發(fā)射機檢修人員在檢修過程中一旦發(fā)現(xiàn)場效應(yīng)管損壞，要盡量選擇同型號器件替換，沒有同型號器件的情況下要選擇同類型與同特性器件[5]。

3.3 冷卻系統(tǒng)風(fēng)機選擇

風(fēng)機是中波廣播發(fā)射機降溫冷卻的重要器具，關(guān)系發(fā)射機整機能耗與功率放大器件安全。中波廣播發(fā)射機風(fēng)機裝配要與其功率吻合，充分考慮風(fēng)機數(shù)量、功率、風(fēng)量、風(fēng)壓等因素。PDM 1 kW中波廣播發(fā)射機、PDM 3 kW中波廣播發(fā)射機等小功率發(fā)射機宜采用軸流風(fēng)機強制風(fēng)冷的冷卻方式，DRM 10 kW數(shù)字中波廣播發(fā)射機、DAM 25 kW數(shù)字中波廣播發(fā)射機、DAM 50 kW數(shù)字中波廣播發(fā)射機、DAM 100 kW數(shù)字中波廣播發(fā)射機宜采用機內(nèi)低噪聲離心式風(fēng)機，強制冷卻，減少機房內(nèi)風(fēng)機噪音，體現(xiàn)設(shè)備完整性[6]。

3.4 開關(guān)電源選擇

不同中波廣播發(fā)射機的功率大小影響開關(guān)電源選擇。低壓直流供電與小功率發(fā)射機末級功放電源可選用開關(guān)電源，提升效率。超過10 kW功率的中波廣播發(fā)射機不宜采用開關(guān)電源，仍采用變壓器供電，整流LC濾波的穩(wěn)定性更強。采用開關(guān)電源時，需加裝大容量電解電容器，但調(diào)幅度增加時會影響發(fā)射機技術(shù)指標(biāo)[7]。

3.5 輸出網(wǎng)絡(luò)調(diào)整

中波發(fā)射機的前置放大器、調(diào)制驅(qū)動放大器、功率放大器等器件都采用獨立印制板接插式結(jié)構(gòu)，能夠有效提升發(fā)射機整機效率、電聲指標(biāo)以及運行穩(wěn)定可靠性。發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)功率放大器前級、末級、輸出網(wǎng)絡(luò)要達(dá)到阻抗匹配，如果阻抗匹配不良，會導(dǎo)致反射功率增大，影響發(fā)射機整機效率。發(fā)射機輸出網(wǎng)絡(luò)適配情況關(guān)系到整機效率。中波廣播發(fā)射線路容易受天氣、環(huán)境因素影響，再加上發(fā)射機系統(tǒng)與設(shè)備長期運行的損耗，易出現(xiàn)發(fā)射機網(wǎng)絡(luò)匹配失調(diào)、駐波比指標(biāo)燈閃爍、功率下降等情況，需要調(diào)整發(fā)射機的輸出網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)適配。當(dāng)前，中波廣播發(fā)射機以全固態(tài)中波廣播發(fā)射機為主，輸出阻抗為50 Ω，75 Ω，在使用過程中要根據(jù)輸出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇阻抗和輸出端口。發(fā)射機運維管理人員需掌握輸出網(wǎng)絡(luò)的“冷調(diào)”“熱調(diào)”調(diào)整方法，確保網(wǎng)絡(luò)動態(tài)調(diào)到阻抗最佳匹配狀態(tài)。

3.6 調(diào)制器效率提升

中波廣播發(fā)射機調(diào)制器以導(dǎo)通狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)為主，脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）以音頻信號對矩形脈沖作寬度調(diào)制，效率可達(dá)90%～95%。數(shù)字調(diào)幅方式（DAM）采用循環(huán)調(diào)制方式，不需大功率音頻信號使射頻功放單元輪流工作，熱負(fù)荷均勻，在功放單元出現(xiàn)故障時，備份狀態(tài)功放單元自動補上，確保了發(fā)射機功率、調(diào)幅度、指標(biāo)的穩(wěn)定性，提高功放單元使用壽命，減少發(fā)射機的功率損耗，提升整機效率。

3.7 發(fā)射機全固態(tài)化提升

中波廣播發(fā)射機全固態(tài)化已經(jīng)實現(xiàn)，降低了發(fā)射機射頻功率放大器功耗，提升了中波廣播發(fā)射機整機效率。當(dāng)前，中波廣播發(fā)射機全固化水平還有提升空間，可通過先進、簡約設(shè)計理念，將激勵器、功率放大器、輸出濾波器、開關(guān)電源等設(shè)備合理布置于機箱中，減少各部件之間的連接電纜，提高發(fā)射機的可靠性與性能，簡化操作，進一步提升中波廣播發(fā)射機整機效率。

4 結(jié) 語

中波廣播發(fā)是國家應(yīng)急廣播體系建設(shè)的重要內(nèi)容之一，也是積極響應(yīng)《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”發(fā)展規(guī)劃》的重要舉措。通過吸收國內(nèi)外中波廣播發(fā)射機先進經(jīng)驗與技術(shù)，運用DSP+DDS全數(shù)字化、直接數(shù)字頻率合成、循環(huán)調(diào)制、數(shù)字調(diào)幅、浮動載波、LCD觸摸屏控制及AES/EBU、音頻處理器等先進技術(shù)，不斷降低發(fā)射機功率損耗，提升發(fā)射機整機效率，有助于推動我國應(yīng)急廣播體系建設(shè)，提供覆蓋城鄉(xiāng)、精準(zhǔn)管理、多場景應(yīng)用的應(yīng)急廣播服務(wù)。