中波廣播發射機整機效率提升策略研究

李 靜

（棗莊市棗莊轉播臺，山東 棗莊 277100）

0 引 言

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

1 中波廣播發射機的構成與關鍵技術

1.1 中波廣播廣播發射機的構成

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

1.2 中波廣播發射機關鍵技術

中波廣播發射機關鍵技術包括多路信號源技術、直接數字頻率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDS）技術、循環調制技術、浮動載波技術以及意外斷電保護技術等[3]。中波廣播發射機包括多個廣播信號源，多通道信號源技術也被廣泛應用于中波廣播發射。直接數字頻率合成以采樣理論為基礎，實現信號波形采樣，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、輸出波形靈活、相位噪聲低和漂移小、易集成、易于調整等優點。循環調制技術使中波廣播發射機射頻功放單元能夠高效循環運行，降低功放溫度，提升設備使用壽命，智能檢測功放單元，在發射機個別功放單元故障時，仍能保證發射機功率、調幅度不變。浮動載波技術負責調試發射機載波功率，確保發射功率穩定傳輸信息，合理控制傳輸載波，完成中波廣播發射機異常浮動載波調制，具備良好的節能效果。意外斷電保護技術能夠確保發射機突然斷電情況下的預警與供電保護，保證中波廣播數據輸入輸出正常運行。

2 中波廣播發射機整機效率影響因素

中波發射機具有多系統組織，這些系統的設備情況與運行情況會影響發射機的整機效率。

（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射機整機效率。

（3）冷卻系統損耗。當前冷卻系統多采用風冷方式，所用風機損耗也會影響發射機整機效率。

（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射機整機效率[4]。

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

3 中波廣播發射機整機效率提升策略

3.1 高整變壓器設計

中波廣播發射機采用數字循環調制，連續調制能力可達100%，正峰調制能力在額定輸出功率時可達140%。變壓器在保證中波廣播發射機正常供電基礎上，要確保循環調制狀態下的電壓與電流穩定性。高整變壓器設計過程要對電壓調整率、效率、銅耗精準計算，安裝過程要確保符合安裝規范與標準，維修與調整過程要確保變壓器能耗的穩定性。

3.2 功放管檢修管理

場效應晶體管（Field Effect Transistor，FET）即場效應管，是電壓控制型半導體器件，具備輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優勢，在中波廣播發射機中應用普遍，也是易損壞、易消耗器件。中波廣播發射機檢修人員在檢修過程中一旦發現場效應管損壞，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 冷卻系統風機選擇

風機是中波廣播發射機降溫冷卻的重要器具，關系發射機整機能耗與功率放大器件安全。中波廣播發射機風機裝配要與其功率吻合，充分考慮風機數量、功率、風量、風壓等因素。PDM 1 kW中波廣播發射機、PDM 3 kW中波廣播發射機等小功率發射機宜采用軸流風機強制風冷的冷卻方式，DRM 10 kW數字中波廣播發射機、DAM 25 kW數字中波廣播發射機、DAM 50 kW數字中波廣播發射機、DAM 100 kW數字中波廣播發射機宜采用機內低噪聲離心式風機，強制冷卻，減少機房內風機噪音，體現設備完整性[6]。

3.4 開關電源選擇

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

3.5 輸出網絡調整

中波發射機的前置放大器、調制驅動放大器、功率放大器等器件都采用獨立印制板接插式結構，能夠有效提升發射機整機效率、電聲指標以及運行穩定可靠性。發射機輸出網絡功率放大器前級、末級、輸出網絡要達到阻抗匹配，如果阻抗匹配不良，會導致反射功率增大，影響發射機整機效率。發射機輸出網絡適配情況關系到整機效率。中波廣播發射線路容易受天氣、環境因素影響，再加上發射機系統與設備長期運行的損耗，易出現發射機網絡匹配失調、駐波比指標燈閃爍、功率下降等情況，需要調整發射機的輸出網絡實現適配。當前，中波廣播發射機以全固態中波廣播發射機為主，輸出阻抗為50 Ω，75 Ω，在使用過程中要根據輸出網絡環境選擇阻抗和輸出端口。發射機運維管理人員需掌握輸出網絡的“冷調”“熱調”調整方法，確保網絡動態調到阻抗最佳匹配狀態。

3.6 調制器效率提升

中波廣播發射機調制器以導通狀態、截止狀態為主，脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）以音頻信號對矩形脈沖作寬度調制，效率可達90%～95%。數字調幅方式（DAM）采用循環調制方式，不需大功率音頻信號使射頻功放單元輪流工作，熱負荷均勻，在功放單元出現故障時，備份狀態功放單元自動補上，確保了發射機功率、調幅度、指標的穩定性，提高功放單元使用壽命，減少發射機的功率損耗，提升整機效率。

3.7 發射機全固態化提升

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

4 結 語

中波廣播發是國家應急廣播體系建設的重要內容之一，也是積極響應《廣播電視和網絡視聽“十四五”發展規劃》的重要舉措。通過吸收國內外中波廣播發射機先進經驗與技術，運用DSP+DDS全數字化、直接數字頻率合成、循環調制、數字調幅、浮動載波、LCD觸摸屏控制及AES/EBU、音頻處理器等先進技術，不斷降低發射機功率損耗，提升發射機整機效率，有助于推動我國應急廣播體系建設，提供覆蓋城鄉、精準管理、多場景應用的應急廣播服務。