TB02—103 10kW調頻發射機的原理解析

廖光源

【摘 要】TB02-103 10kW調頻發射機，電路設計匯集世界上最新的技術，功率放大器采用了最新的大功率效應管（LDMOSFET），使發射機具有高增益、高效率、高可靠性、高輸出失配等優良的性能和良好的技術指標。

【關鍵詞】發射機；LDMOSFET；高增益；高效率；高可靠

0 引言

意大利INTECH公司生產的TB02-103 10kW調頻發射機，電路設計匯集世界上最新的技術，10kW可調（冗余量10%，可達11kW），整機功耗13kVa，超靜音風機設計，風機噪音僅為56dBA。

功率放大器采用了LDMOSFET技術，使用了最新的高增益、高效率、高可靠性大功率橫擴散金屬氧化物硅場效應管（LDMOSFET），功率設計余量大，具有高可靠性和良好的技術指標，它不但減少了能耗、節能環保、提高了效率，使發射機的穩定性大幅度地提高，從而降低了發射機的故障率。

1 發射機的原理

發射機主要由整機開關機控制和計算機監控單元、30W模擬調頻激勵器、5kW功率放大器單元、無源功率分配/合成網絡和供電系統組成，發射機整機原理方框圖如圖1所示：

1.1 發射機整機開關機控制和計算機監控單元

整機監控包括開關機控制單元和計算機監控單元，安裝在發射機機柜內。開關機控制單元由邏輯控制板和控制接口板組成，在前面板上配有開機、關機、本地控制和遠程控制模式按鈕開關，同時在前面板上還配有本地/遠程指示燈、輸出功率正常/異常、報警狀態指示燈。

計算機監控單元由工控微機和控制接口板組成，前面板由液晶顯示屏、計算機鍵盤和鼠標。計算機監控單元通過控制接口板連續監測發射機的各個功能單元，顯示各個功能單元工作狀態，并記錄發射機的所有的實時狀態信息。它與組成發射機的其它功能單元之間的通訊是通過遠程并行控制總線來實現的，每個功能單元中都配置了邏輯控制板，邏輯控制單元據此可獲得所有放大模塊的運行報警信息。

計算機監控單元配有RS-232串行口和并行接口，可滿足用戶對發射機遙測遙控，實現遠程監控，在關閉計算機監控單元的情況下，發射機可照常工作。

1.2 檢測顯示單元

為了方便在現場實時監測每個功率放大器單元的工作狀態，發射機配有檢測顯示單元，檢測功放單元工作參數，并直觀地顯示在面板上。

檢測顯示單元通過功率放大器數據接口板的串行數據總線與各功率放大器單元通訊，同時整機合成器的吸收負載檢測數據也被送到檢測顯示單元，也被選擇監測顯示出來，供檢測顯示的數據有：

3位數字表顯示功放單元的輸入功率、輸出功率、反射功率、電壓、電流、溫度、不平衡功率等模擬數值；故障報警燈顯示每個功放單元內MOS管工作報警狀態；同時故障報警燈顯示過驅、過溫、過流、過壓，反射大等報警信息。

1.3 30W模擬調頻激勵器

發射機采用了30W模擬調頻激勵器，左/右立體聲信號，AES/EBU 數字信號輸入，數字化設置輸出頻率及輸出功率，操作簡單，穩定性好。

該激勵器采用了輸出頻率（每步10kHz）和功率（每步0.1dB）數字化精密設置、立體聲編碼器采用分段數字逼近技術、溫度補償晶振頻率合成技術、低噪聲和低失真的壓控振蕩器、音頻低通濾波器和75kHz有源尖銳調制限幅器、高效率開關和隔離電源等到先進技術。內置并行接口、RS232 串行接口、RS485總線接口、局域網LAN接口多種遠程接口，可以使用外部計算機連接面板上的串行接口進行遠程監控，激勵器并具有直流電源短路及反射功率過大的保護電路RF OUT。

激勵器的控制及顯示由內置微處理器獨立完成。可通過前面板的功能鍵和LCD顯示屏完成對激勵器的監控：主菜單包括監測、設置、狀態、歷史記錄，監控參數有：輸入/輸出功率、反射功率、工作電壓/電流、放大器的電壓/電流、工作溫度、過調制和高駐波比報警、鎖相環鎖定指示；精密電表顯示峰值調制度、報警信息、歷史報警記錄即包括能設置的所有參數等。

微處理器uPC內置的EPROM保存開關機事件和故障報警歷史記錄，每一項事件和故障發生的時間都被記錄保存，以便維修查詢。

激勵器面板包括有：過調制和高駐波比報警、鎖相環鎖定指示；精密電表顯示峰值調制度、直射和反射功率等信號，非常直觀方便。激勵器設置有直流電源短路及反射功率過大的保護電路，可以進行工作頻率、輸出功率和預加重插入選擇開關等多項設置。

1.4 5kW功率放大器單元

整機輸出為2臺5kW放大器PA采用3dB合成，5kW（最大6kW）功率放大器PA由6個基本模塊、微處理器的控制板、輸入輸出分配合成板及耦合電路以及5組大容量低躁風扇組成。每個基本模塊輸出功率1.2kW，每個1.2kW放大模塊采用了最新高效的LOMOSFET大功率功放管BLF188XR一只。功放單元PA具有自動保護功能，對高溫、過壓、過流、過驅動、過載、反射太大，輸出功率太小和太大等都能自動保護，同時具有直射功率太小、直射功率太大、過驅動、反射太大和散熱器溫度太高等報警信號。

功率放大器PA經無源功率分配器直接接收來自激勵器的信號，無需中間級放大，使發射機功放鏈路無瓶頸支路，各級信號分配合成器插入損耗低于0.16dB。

功放單元PA內放大板由3個2.5kW TDK LAMBDA（共7.5kW）獨立的48VAC開關電源并聯供電。當有射頻模塊損壞時，供電電源組將自動調整供電狀態以保證整個放大器的輸出在4kW。當有一組電源損壞時，另外兩組電源也將調整狀態并確保整個放大器的輸出仍能有3kW的功率輸出。特殊的供電系統設計最大程度地減少了出現故障模塊（射頻或電源）時，功率放大器的功率輸出的影響，從而減少了對整機功率輸出的影響。

功率放大器內部邏輯控制保護電路監控每個MOSFET管子的工作狀態，包括電流、電壓、溫度、入射功率、反射功率等。如有參數超過預設值時，認為出現故障，保護電路將自動降低輸出功率；如故障嚴重，直接通過使能ENABLE電路關閉電源輸出，使功放模塊的輸出為零，并將故障信息通過數據總線送到中央控制單元。

5kW功放單元PA內放大板由3個獨立的采用了獨特的Shunt恒流技術的2.5kW AC/DC開關電源并聯供電。功放單元PA的供電電源為效率高達93%的開關電源，輸入電壓為單相220VAC，電源輸出48VDC為各級功放供電，具有高輸出電壓限幅“撬棒電路”保護、外電壓太高、輸出過流、輸出短路、外部交流電源浪涌吸收電路等保護功能。功放單元PA的供電輸入端配有帶過流保護的開關，CPU邏輯控制保護電路通過電源接口板電路來監控AC/DC開關電源，每個電源單元帶有兩只內置冷卻風機，確保其工作安全穩定。

1.5 無源功率分配/合成網絡

發射機末級功率放大器采用了新型的無源功率分配/合成網絡，即IN- LINE6路無源功率分配/合成器。該無源功率分配/合成器采用寬帶設計，無須較準，穩定性高，設計緊湊，每一合成輸入口只需要一個吸收負載，備件少，插入損耗<0.25dB，完全隔離，減少了功率合成級數，增加了合成效率，并且合成輸出的冗余設計使模塊有故障時，發射機仍然可在盡可能小的功率降低情況下繼續工作。

1.6 整機電源系統

整機電源系統采用分級供電方法。激勵器、功放模塊及控制單元本身都自帶開關電源，提高發射機可靠性。

2 結束語

TB02-103 10kW調頻廣播發射機，電路設計匯集世界上最新的技術，功率設計余量大，具有高可靠性和良好的技術指標，功率放大器采用了最新的高增益、高效率、高可靠性和高輸出失配大功率橫擴散金屬氧化物硅場效應管（LDMOSFET），配備了性能超群的中央控制單元、無源功率分配/合成網絡和供電系統等等，使發射機的穩定性大幅度地提高，從而降低了發射機的故障率。

[責任編輯：湯靜]