全固态数字调频发射机改频实践

金艳辉 谢无敌

（作者单位：河南省广播电视发射台）

全固态数字调频发射机改频实践

金艳辉 谢无敌

（作者单位：河南省广播电视发射台）

摘 要：广播电视发射台经常会面临诸如增设新的调频节目等业务活动，一些曾经购置的发射机会因为频率计划的改变被搁置，造成了资源的浪费，对频率进行改变，节约了资金，也为新频率的播出赢得了时间。本文以河南省广播电视发射台的哈里斯Z10CD调频发射机为例，介绍了改频实践中激励器和滤波器中的技术改造。

关键词：调频发射机；改频；滤波器；技术参数

位于河南省会的中原福塔，自2011年元旦顺利播出广播电视节目，整个塔标高388 m，我们知道无线广播电视发射中，当功率一定时候天线的增益G（dBi）=10Lg{2L/λ0}。式中L为天线长度，λ0为中心工作波长。

鉴于此，节目播出后，有效地覆盖了中原城市群，弥补了河南省广播电视发射台此前发射天线高度不足，覆盖半径差的软肋。388 m的天线高度也引起了兄弟单位的青睐。受郑州市人民广播电台委托，在福塔播出郑州人民广播电台FM91.2和FM94.4两套调频节目，系统采用2+1播出单元，发射机采用哈里斯Z10CD数字发射机，播出之后，信号覆盖半径将近100 km，节目受众增加3倍。

但由于发射塔地处省会城市郑州，经济繁荣，电磁环境复杂。FM94.4开播后，和原有的FM97.6产生了寄生调幅现象，对附近的航空通信产生干扰。因此，在航空部门和台里的协调下，拟对FM94.4进行改频播出处理，以消除其影响力。经过测算，播出郑州台现有调频FM98.6信号，可将寄生调幅的影响降至最低。

1 寄生调幅产生原理

设调频信号的数学表达式为：u(t)=Ac cos(2πf c t+βsin2fmt)（1）。这里，Ac为信号的振幅，V；f c 为信号的载波频率，Hz；β为调制指数，常数；fm是调频频率，Hz。

调频发射机播出的射频节目信号和航空设备接收信号之间传输函数的幅度随频率特性进行改变，所以改变调频信号频率，输出信号的幅度也会随之变化。假定幅频特性函数为AF(f)，则在载频fc附近，βsin2πfm t的变化引起输出信号幅度在AF(fc)附近随时间变化，此时输出的信号可以表示为：AF(fc) [1+m(βsin2πfm t)]cos2πfct)（2）。这里，m(f)为AF(f)在fc附近的幅频特性。最简单的情况为传输函数的幅频特性在fc附近为线性，此时公式（2）可以表示为：AF(fc)(1+mβsin2πfmt)cos2πfct（3）。式(3)与调幅信号形式完全一样。

如果m(f)为非线性函数，则可以将其展开为傅立叶级数，在fc附近，仍然是线性部分占主要因素。而且由图1也可以看出，当调频信号的调制信号变化一个周期时，寄生调幅信号也变化一个周期，因此寄生调幅信号的频率主要成分是原调频信号的调制信号频率。

由上述分析可知，当对寄生调幅信号进行调幅解调时，输出的解调信号与原调频信号的调制信号相同或相似。因此，飞行人员就可以听到调频广播所传输的内容。

2 改频实施步骤

哈里斯Z10CD发射机采用数字模块化设计，激励器频率控制部分采用数字开关设计，频率输出稳定，调整也较为容易，功放盘采用模块化设计，放大效应管采用宽频效应管，可通过频带较宽，无需更改，所以改频的关键在于对激励器频率和滤波器腔体的改造。

2.1 哈里斯调频激励器的改频

哈里斯Z10CD调频发射机采用全新的DIGIT CD数字激励器。DIGIT CD使用先进的信号发生和调制方法，仅通过设置几个开关就能够选择从85~108 MHz的任何频率，频率精度为0.1 MHz。这些开关位于激励器内的两个电路板上，分别是数字调制器板和锁相环路板。

2.1.1 数字调节器

在数字调制器板上，S2、S3、S4是进行频率选择的设置开关，位于面板中央顶部。NO-N11的标识在数字调制器的金属面板上。通过这些开关的设置可产生一个二进制的字符或数字。NO作为低电平而N11作为高电平。将任一开关设置到开启（OPEN）处可产生“1”，关闭则产生“0”。通过设置这3个开关来选择数字调制器板的输出频率，频率为5.5~5.65 MHz。准确的频率是由5.5 MHz加上频率的分级而得。分频是通过将所有的开关置为“1”来实现。

2.1.2 锁相环路

锁相环路单元，同样有10位的频率选择开关，标注为M0-M9，通过对选择开关的状态更改，即可确定最终的锁相环路输出频率。频率从82.25~102.375 MHz。M9为双级选择开关，设置为1时，对应分级数值为80 MHz，设为0时，对应分级数值为40 MHz，其余频率开关设为1时对应分级频率（MHz）如表1。

表1　对应分组频率表

经过测算，调频98.6MHz对应的开关代码为“1010100100011111010000”，调整数字调节器以及锁相环路单元上的频率选择开关，使它们各自的输出频率混频，产生的就是我们需要的98.6MHz信号，并用数字频率计进行验证，至此，激励器部分改频完成。

2.2 带通滤波器的调整

调频FM94.4原采用的形式是通过和FM91.2组合形成2+1的播出单元通过调频多工器将两路射频信号经多工器整合经过一副天线播出。带通滤波器是多工器的重要构成元件。带通滤波器作用主要是用来分离不同的射频信号，对发射机产生的带外信号进行抑制，规范射频输出信号的频谱。

带通滤波器是目前广电系统常用的滤波器，根据通带的相对宽度可以分为窄带和宽带两种，我们使用的是具有级联式耦合谐振腔结构的窄带带通滤波器。谐振腔是滤波器中最重要的部分，谐振频率和品质因数是评价滤波器质量的关键。

同轴谐振腔为一端短路一端加载的同轴腔，通过测算调整同轴线的特性阻抗（即抽头的高度）和内导体长度即可实现对谐振频率的改变。

3 指标测试

谐波失真、信噪比、频率响应是评判调频发射及运行性能是否良好的重要指标，按照国标要求调频广播标准是谐波失真应小1.0%，信噪比应大于58 dB，频率响应小于±0.5 dB。整个施工完成后，经过用频谱仪的测试，都取得了理想的数据。

4 结语

调频发射机的改频，工作重点是新的频率设置准确，带通滤波器对带外信号抑制性好，通过这次对现有调频设备的改造，一方面对机房现有的发射机设备实现了资源的利用，另一方面利用这次机会，从项目的实施到最后的指标测试都进行了充分论证，对机房的值班人员经行了练兵，提升了技术人员对设备的熟悉程度，为此后再进行此类升级改造工作提供了充分的一手资料。

参考文献：

[1]杜利民.875机房调频发射机的改频[J].内蒙古广播与电视技术,2006,(1).

[2]李景春.调频广播引起的民航接收机互调干扰信号分析[J].中国无线电,2006,(8).

[3]张欣.广播电视发射系统中滤波器的设计[J].硅谷,2008,(2).