試析數字調制中波廣播發射機的改頻工程

王紅紅

（作者單位：陜西省新聞出版廣電局寶雞廣播轉播臺）

寶雞廣播轉播臺目前的中波頻率有3個，分別為603 kHz、900 kHz、1 143 kHz，發射機均為10 kW的數字調制發射機，備機均為1 kW的（Product Data Management，PDM）板式調制發射機。目前603 kHz、1 143 kHz雙頻共塔發射，900 kHz單頻單塔發射，其運行狀態穩定，接收及發射信號清晰。由于工作需要，臺站要求從2021年8月20日起，將1 143 kHz改為1 098 kHz與603 kHz雙頻共塔發射，900 kHz改為1 557 kHz單頻單塔發射。

中波發射系統的改頻工作主要由發射機改頻和網絡改頻兩大部分組成（一般情況下，輸出網絡電路的調整不需要加電，而射頻通道電路的調整大多需要加電），整個改頻過程煩瑣而復雜，故工作人員需要非常熟悉發射機的線路、工作原理及各個工作模塊的電壓、電流、工作狀態等，并且要制訂細致完善的工作計劃，順利完成改頻工作。

1 前期準備工作

1.1 相關儀器的準備

改頻工作需要用到的設備有：數字多用表、信號發生器、示波器、頻率計、矢量網絡分析儀、音頻失真度測試儀等，若改頻工作中涉及高頻干擾，還需要額外準備阻抗電橋。

值得注意的是，在開展改頻工作前，工作人員一定要確保上述儀器在檢定周期內且性能良好，避免改頻進程中儀器設備出現問題[1]。

1.2 改頻電路的設計

改頻電路的設計是改頻工作的核心內容，而中波發射系統中阻抗匹配網絡是最重要的一環，其作用是將發射機同特定負載阻抗連接并使得負載獲得最大輸出功率，阻抗匹配網絡同時具有濾波功能，可消除其他頻率對發射機的干擾。匹配系統具有防雷的功能，通過適當的電路形式與特定元件的應用，可降低雷電對發射機的影響[2]。

因此，在開展改頻工作前，技術人員需要與廠家工程師一起對電路改頻進行設計論證，確保改頻工程的可行性，避免出現紕漏或者在改頻中途出現臨時變動。

另外，改頻前需要對中波發射機和輸出網絡做一個測試，全面掌握與發射機及輸出網絡相關的各項參數，如改頻前3個塔體與地線之間的阻抗分別為603 kHz（20 Ω-j57 Ω）、900 kHz（111Ω+j10Ω）、1 143 kHz（130 Ω-j110 Ω），發射機末端輸出為50 Ω純阻抗，而天線是一個復數阻抗（Ra±jXa），需要工作人員在發射機末端與天線之間設計一個既能使天線實部阻值和饋線阻抗相匹配，又能使天線虛部電抗為零的匹配網絡，即Ra＝Zc，虛部±jXa。

2 功能調試

調頻工作一般從調整頻率合成器、調整前置放大器、調整射頻推動級及調整輸出網絡4個方面著手調整，以下就從這4方面展開分析：

2.1 做好頻率合成振蕩器的調整

頻率合成振蕩器是發射機產生工作頻率的核心，所以高頻振蕩器的頻率穩定度一定要高。為提高它的頻率穩定度，一般采用數倍于高頻振蕩器工作頻率的晶體振蕩器，經分頻獲得工作頻率或工作頻率的基頻，再通過直接數字式頻率合成器（Direct Digital Synthesizer，DDS）取得工作頻率的電壓信號。

在具體操作時，首先將頻率合成器的撥碼撥到工作頻率（1 557 kHz、1 098 kHz），同時給頻率合成器的輸入端加22 V直流電壓，在頻率合成器輸出端接示波器，此時示波器出現15 V方波信號。然后將輸出端接入頻率計，通過調整頻率合成器的溫補和晶體振蕩器的微調電容，使頻率計顯示的頻率在工作頻率（1 557 kHz、1 098 kHz）的±3 Hz范圍內變化。

2.2 做好前置放大器的調整

（1）插好緩沖放大板，同時給發射機加低壓，然后緩緩調節滑動變阻器，使緩沖放大板輸入的激勵電壓達到30 V。

（2）調整前級推動的串聯諧振調諧電感，同時改變調諧電容使其諧振，測量前級推動的3個合成變壓器的射頻（Radio Frequency，RF）輸入電壓應達到振幅最大。

（3）測量合成變壓器的輸出端，調節并聯諧振的電感，同時改變并聯電容，使其達到并聯諧振，使合成變壓器的輸出盡可能大。

（4）改變推動級的驅動電壓，并旋轉前級電壓驅動上的電位器旋鈕，使前級合成變壓器的輸出達到30 V（P-P）。

2.3 做好射頻推動級的調整

給發射機加220 V高壓，同時用示波器測量推動功率合成器的輸出，調整推動合成器上的串并聯電感，使其上電壓＞50 V，波形為正弦波。然后給射頻推動級施加115 V高壓，并斷開功放220 V電源，關閉發射機，再將推動電源調整器置于閉環狀態，重啟發射機，調整推動電源調整器上的電位器，使輸出電壓開環與閉環一致。在調整過程中，應注意前級推動的功放模塊的溫度不能太高，功放模塊射頻輸入電壓應在28 V左右，電源調整器的輸出電壓在40～80 V之間。

2.4 做好輸出網絡的匹配

輸出網絡由T網絡和帶通濾波器兩部分構成。調整時首先應將帶通濾波器與其輸入端斷開，將串并聯諧振回路斷開，將帶通濾波器和T網絡之間斷開，然后將網絡分析儀的兩個測試端夾在串聯諧振的兩端，調整串聯諧振的可調電感或可調電容，使串聯諧振的實部在毫歐級，虛部在0附近跳動，即阻抗最小的串聯諧振狀態。接著將網絡分析儀的兩個測試端夾在并聯諧振兩端，并調整并聯諧振的可調電感，使并聯諧振的實部最大，虛部在0附近跳動，即達到并聯回路的阻抗最大的諧振狀態。之后開始調整T網絡的3次諧波：（1）將網絡分析儀設置到工作頻率的3倍，通過調整T網絡的對地可調電感，使其達到阻抗最小的串聯諧振狀態。（2）首先將網絡分析儀預置在工作頻率上，同時連接好T網絡，并將50 Ω假負載與T網絡輸出端連接，然后將網絡分析儀的測試端接T網絡的輸入端，通過調整T網絡的兩個串臂可調電感，使其阻抗達到實部50 Ω，虛部為0。（3）重新將帶通濾波器與T網絡連接，并用網絡分析儀測試整個帶通濾波器的輸入端，通過調整并聯諧振，使輸出網絡的輸入阻抗為50 Ω純阻[3]。

3 聯機微調

將發射機接到假負載上，將控制板功放開關置于功率斷電位置，之后接通功放電源，電壓表接模擬輸入板R19，測量范圍設為（0 ～ +3VDC），按下“升、降功率”鍵后，此時電阻R19兩端的對地電壓會快速升降，然后將電壓表測量范圍設為（－3VDC ～ O），當R19兩端的對地電壓為0時，將功率斷電開關打開。按下“升、降功率”健，此時輸出功率與功放電流會同時增加，使功率上升到5 kW，同時應調整調諧可變線圈的旋鈕，使功率輸出最大。之后再次按下“升、降功率”鍵，使功率慢慢升到8 kW，如機器工作無異常，則慢慢將功率升到10 kW，調整調諧可變線圈的旋鈕，使功率輸出最大，輸出電流最小，反射功率最小。

如圖1所示，圖1是將900 kHz改頻為1 557 kHz單頻單塔后的天調網絡走線圖，當廣播信號從天線進入時，應用電感L4、L5和電容C4組成T網絡進行阻抗匹配，串入的電感L4、L5用于抵消天線的－jXa，并入的電容C4用于抵消虛部電抗。同時應調整并聯諧振電路工作頻率的阻抗，使其≥5 kΩ，目的是隔離工作頻率，并泄露頻率旁路到地。

圖1 900 kHz單頻改為1 557 kHz單頻工作后的天調網絡走線圖

之后可把電感L3和電容C3組成泄放網絡，將1 071 kHz的信號泄放到大地，再用電感L2和電容C2組成泄放網絡將1 098 kHz的信號泄放到大地，這樣可有效抑制1 071 kHz和1 098 kHz信號的干擾，同時T網絡也將原來天線（130 Ω-j110 Ω）的阻抗變成了（50 Ω+j0 Ω），使其阻抗成為與饋線特性阻抗相匹配的純電阻[4]，電感L6與防雷球相連接地起防雷作用。

如圖2所示，圖2是將603 kHz、1 143 kHz改頻為603 kHz、1 098 kHz雙頻共塔發射后的天調網絡走線圖，當廣播信號從天線進入時，應將電容C10（250 pf）與電感L13（84 μh）串聯后與電感L14（4.3 μh）并聯，可對1 071 kHz的頻率形成較高的阻抗（測其阻抗約為55 Ω－j86 Ω），使1 071 kHz呈阻塞狀態，并將1 071 kHz信號過濾掉，電感L15串聯防雷球接地起防雷作用。

圖2 603 kHz和1 143 kHz改為603 kHz和1 098 kHz雙頻共塔發射后的天調網絡走線圖

然后把1 200 pf的電容C2與電感L3并聯對1 098 kHz信號進行阻塞，將從1 098 kHz發射機饋線口進入的1 098 kHz信號過濾掉，同時可將電感L1、L2與電容C1（3 500 pf）組成T網絡，將（20 Ω-j57 Ω）的天線阻抗變換成50 Ω的純電阻。由于是雙頻共塔，因而需要加阻塞網絡和泄露網絡，這些網絡對載頻和上下邊帶頻率呈現的阻抗不同，LC串接時載頻和上下邊帶頻率電抗差會累計疊加，產生邊帶反射，但邊帶頻率較高時會使指標變差，反射變大，天線駐波比也變大，從而出現發射機關功放和降功率的情況。所以603 kHz頻率天調室將C2、L3并聯阻塞了1 098 kHz頻率，將L1、L2、C1組成T型網絡，目的是防止載頻和邊帶的頻率特性不強，造成發射機駐波比大，燒壞功放模塊。之后應將電容C9（2 250 pf）與電感L12并聯組成對603 kHz信號的阻塞網絡，以此將從603 kHz饋線口進入的信號過濾掉。然后可把兩個電感L10、L11與電容C8（2 000 pf）組成T網絡，諧振后將（111 Ω+j10 Ω）的天線阻抗變換成50 Ω的純電阻，并把電感L9與電容C7（300 pf）串聯諧振，泄放1 061 kHz信號。此時這里是1 061 kHz頻率的原因是1 071 kHz過于接近1 098 kHz，如果被陷頻率與工作頻率太接近，會造成工作頻率流失，因而一般將被陷頻率偏離兩個頻點（如果偏的太遠會起不到陷波的作用）。但值得注意的是，被陷頻率必須與工作頻率形成一個感抗和一個容抗（XL＝XC），以達到阻塞工作頻率的目的。另外，將泄放頻點設置到1 061 kHz，既可以過濾掉大部分1 071 kHz信號，又能盡量減少1 098 kHz信號的流失，之后應將電感L7和電容C5（1 000 pf）串聯泄放1 557 kHz信號。

最后一部分網絡為603 kHz的陷波網絡，陷波網絡的設計不能對匹配網絡造成影響，因此必須找一個適合接入的點。603 kHz頻率低于1 098 kHz頻率，在工作頻率較高時呈容抗，反之呈感抗，高頻率的輸入阻抗呈感抗，低頻率的輸入阻抗呈容抗，與通過阻塞網絡時的電抗剛好相反。

雙頻共塔時還會用到預調網絡，究其原因，當雙頻的天線阻抗相差較大時，必須用預調網絡對雙頻天線的阻抗進行預調，使雙頻到天線口的阻抗接近。當然，雙頻阻抗相差不大時可不加預調網絡，加預調主要是為了解決兩阻塞網絡視在功率不平衡的問題，降低阻塞網絡的功率。

陜西省新聞出版廣電局寶雞廣播轉播臺的網絡改頻采取多級串、并連工作方式，這個復合網絡既對本頻1 098 kHz呈現出50 Ω的工作阻抗，又對603 kHz、1 557 kHz、1 071 kHz呈現出極低的阻抗，使其能量泄放到地，不會反射到發射機，從而實現對工作頻率的諧振和有效傳輸，同時能夠將其他頻率的能量及時泄放到地，保障發射機的安全穩定播出[5]。改頻試運行期間，1 557 kHz、603 kHz、1 098 kHz 3個頻率都在10 kW高功率上運行，測試3大指標過程中，在假負載下，1 557 kHz頻率和603 kHz頻率的指標都不錯，在甲級之上，只有1 098 kHz頻率略差一點，通過示波器檢測波形發現其中心點基本在原位，但兩邊的帶寬有點偏，有一些落差值。這說明頻率指標與調配室的天線網絡有直接關系，具體包括相鄰頻率的干擾，以及外界天氣、風力、溫度等的影響。

筆者與廠家工程師一同分析后發現，1 098 kHz頻率略差的根本原因是高頻干擾，高頻干擾信號進入發射機會改變電壓波形，導致反射過大，使天線駐波比變大，致使發射機進行自我保護，即關功放和降功率。另外，高頻回饋會產生額外雜音，使發射機信噪比下降，對失真度和頻率響應造成影響，基于此，工作人員可適當降低1 098 kHz的功率做，使指標恢復正常。

4 結語

DAM改頻是一項繁雜的系統工程，工作人員既要做好發射機改頻，又要做好網絡改頻，通過初調確保其發揮功能，通過微調保證其精度。針對運行中出現的問題，工作人員應按照正確流程，在完成調試后，耐心、細致地進行聯機微調，確保改頻工作的精度，為廣播發射機的順暢運行提供保障。