大功率調幅廣播發射機音頻放大系統路徑分析

康 震

國家新聞出版廣電總局594臺，陜西咸陽 712000

1 概述

傳統的聲音廣播發射機一般是由射頻、音頻、控制、電源、冷卻等幾個主要部分組成。音頻系統主要是對需要傳送的聲音節目，即語言和音樂信號進行加工處理，再進行放大，輸出一個高電平的音頻信號去射頻末級實現調幅。

對音頻信號進行加工處理主要是為了改善音頻信號的動態范圍，避免因為信號峰值過于尖銳引起調制失真，避免瞬間大信號引起的過調幅及過調幅引發的射頻系統打火等；同時提高平均調幅度，最大程度的增加邊帶功率，提高服務區接收響度，改善收聽質量。

現階段的大功率調幅發射機以板極調幅為主，仍然是在射頻末級電子管板極實現高電平調幅，因此需要一個與載波功率數量級相匹配的音頻信號功率，所以音頻信號放大也是音頻系統的另一個主要作用。

2 調幅廣播發射機音頻放大系統路徑分析

傳統的乙類板調機或自動板調機音頻放大主要是依靠逐級放大來實現的一個多級音頻放大器。利用限放，即限制放大器，一種放大倍數可以自動變化的放大器，進行音頻信號加工處理。通過低一、低二、低三、低末級和調幅變壓器、調幅阻流圈等部分來實現音頻信號放大。

脈沖寬度調制發射機（PDM）對音頻信號處理放大的過程與板調機有所不同，即實現板極調制所需的音頻功率，由傳統的一系列音頻放大改為把音頻信號變換成一系列脈寬調制的脈沖波，經過若干級開關管放大后達到較高功率等級的電平，然后通過一個解調器把脈沖系列還原為音頻電壓，去調制射頻末級。這也是脈沖寬度調制發射機與板調機的本質區別，是對音頻放大方式的一次重要創新和改進。

以潘太爾串饋脈沖寬度調制電路為例，音頻信號加工處理使用音頻處理器；音頻放大使用效率較高的開關電路，分為三級，第一級為晶體管開關放大器，驅動級為風冷并聯YL1050四極管放大，末級采用RS2054超蒸發冷卻四極管實現開關放大，即低電平音頻信號對一個開關頻率為54KHZ的矩形脈沖系列進行寬度調制，然后在高電平情況下解調出音頻信號，去射頻末級實現幅度調制。

脈沖階梯調制發射機（PSM）的特點是將傳統板調機的調幅器和主整合二為一，將主整電壓化整為零，由多組功率模塊（低壓整流電源）疊加組成。例如由26個雙功率模塊組成的電壓源，在載波狀態下，有半數的模塊閉合；在受到音頻信號調制時，根據音頻信號變化，數量不等的功率模塊串聯疊加，形成一個階梯型的輸出電壓（包含直流高壓和音頻電壓），通過低通濾波器濾除階梯紋波，去射頻末級進行板極調幅。即PSM開關放大器輸出一個幅度調制的電壓，作為射頻末級的板極電壓，既包含音頻調制功率，也包含載波功率。

與PDM發射機相比，PSM發射機的音頻部分采用PSM開關放大器，省去了一只大功率金屬陶瓷四極管和音頻驅動級的兩只小型電子管，全部采用晶體管電路，有效降低了能耗，節約了成本，提高了放大效率，提高了發射機整體運行的穩定性和可靠性，降低了故障發生率，減少了維護工作量。

目前國內大功率短波廣播發射機主流機型中，以TSW2500型500kW發射機為例，采用PSM 技術，音頻處理及放大系統包括音頻處理器、PSM控制系統、功率模塊和低通濾波器等幾個主要部分。

PSM發射機一般均采用數字音頻處理器。對節目信號的高低頻分量進行預加重，補償接收機頻響的高低頻跌落，通過調整自身的均衡網絡，有效的補償發射機和天饋線系統的頻率特性，自動壓縮節目動態范圍，自動調整音頻電平，不失真的限制瞬間過調幅，提高平均調幅度，擴大節目覆蓋范圍。從調幅廣播的功率關系來看，當調幅度為100%時，攜帶音頻信號的邊帶功率僅為載波功率的一半，調幅度低于100%時，邊帶功率遠不及載波功率的一半，所以提高調幅度，特別是提高平均調幅度，對于充分利用載波功率，實現有效覆蓋，改善收聽效果有著重要意義。

PSM控制系統主要包括了YCP24板、YCP16板、YCP08板、YCP14板、YCP23板、YCP17板和YCP18板。

音頻信號從衛星地面接收系統通過光纜（及備用音周電纜）傳送到發射機房A400機柜的光端機，經過四選一數字音頻分配，去往發射機的數字音頻處理器，處理后的音頻信號輸出到PSM控制系統的音頻通路板YCP24板。

YCP24板根據發射機調諧狀態來決定是否接通音頻信號；并指示調整輸入音頻電平；將輸入的模擬信號轉換為數字信號，目前節目源信號基本實現了數字化傳輸，但YCP24板依然具有數字和模擬兩種信號通路可供選擇。

YCP16板是音頻控制系統的核心，主要進行系統控制、安全保護和數據采集等工作，保持與發射機控制系統的通訊，接受控制指令并反饋音頻系統的工作狀況。

YCP08板主要用于對射頻反饋信號進行失真信號補償。

YCP14板主要實現諧波信號抑制。

YCP23板是PSM控制系統運算器，主要是通過測量和計算，實現輸出電壓調整，功率模塊的合斷循環以保持模塊負載平衡，以及實現PDM補償運算等功能。

YCP17板和YCP18板為光纖接口板，是接口與緩沖單元，通過光纖將模塊的關斷及閉合指令送到每一個功率模塊，并接收來自模塊的狀態信息。

音頻信號經過音頻控制系統數字化處理后，通過功率模塊實現功率放大，音頻信號的變化通過功率模塊合斷形成的音頻調制電壓來體現，每個單功率模塊使用一個IGBT（絕緣門雙極晶體管）作為開關元件，配合外部電路快速的實現合斷；兩臺調制變壓器為各個功率模塊提供相互獨立的電源，每個雙功率模塊由調制變壓器上對應的一組次級線圈供電。數個功率模塊串聯疊加后提供發射機板極調幅所需的載波電壓和調制電壓。

PSM發射機主要通過PDM補償技術和低通濾波器濾除階梯紋波來抑制和改善失真。為了獲得接近理想狀態的音頻電壓，在功率模塊輸出疊加形成的階梯型電壓（粗臺階電壓）中插入PDM脈沖來補償粗臺階調制形成的誤差，PDM脈沖電壓的幅度相當于一個粗臺階電壓，脈沖寬度和瞬時誤差成比例。每個功率模塊自身產生PDM脈沖信號，這個PDM開關頻率經過低通濾波器濾除，形成接近于理想狀態的無失真包絡信號去往射頻末級實現調幅。

低通濾波器是一個LC濾波器，由螺旋線圈和筒型陶瓷電容組成，接在調制器功率輸出之后，用來濾除PDM補償脈沖分量，將濾波后接近于理想狀態的音頻信號送到射頻末級電子管板極上。

3 結論

在調幅廣播階段，音頻放大技術決定著發射機的類型，影響著發射機實際運行的可靠性和穩定性，了解和掌握音頻放大技術的本質和特點，對于理解和把握發射機運行規律，提高維護工作水平都有著積極的現實意義。

[1]黃毓龍，孫慶有，李煥忠，等.廣播電視發送技術.1987.