大功率调幅广播发射机音频放大系统路径分析

康 震

国家新闻出版广电总局594台，陕西咸阳 712000

1 概述

传统的声音广播发射机一般是由射频、音频、控制、电源、冷却等几个主要部分组成。音频系统主要是对需要传送的声音节目，即语言和音乐信号进行加工处理，再进行放大，输出一个高电平的音频信号去射频末级实现调幅。

对音频信号进行加工处理主要是为了改善音频信号的动态范围，避免因为信号峰值过于尖锐引起调制失真，避免瞬间大信号引起的过调幅及过调幅引发的射频系统打火等；同时提高平均调幅度，最大程度的增加边带功率，提高服务区接收响度，改善收听质量。

现阶段的大功率调幅发射机以板极调幅为主，仍然是在射频末级电子管板极实现高电平调幅，因此需要一个与载波功率数量级相匹配的音频信号功率，所以音频信号放大也是音频系统的另一个主要作用。

2 调幅广播发射机音频放大系统路径分析

传统的乙类板调机或自动板调机音频放大主要是依靠逐级放大来实现的一个多级音频放大器。利用限放，即限制放大器，一种放大倍数可以自动变化的放大器，进行音频信号加工处理。通过低一、低二、低三、低末级和调幅变压器、调幅阻流圈等部分来实现音频信号放大。

脉冲宽度调制发射机（PDM）对音频信号处理放大的过程与板调机有所不同，即实现板极调制所需的音频功率，由传统的一系列音频放大改为把音频信号变换成一系列脉宽调制的脉冲波，经过若干级开关管放大后达到较高功率等级的电平，然后通过一个解调器把脉冲系列还原为音频电压，去调制射频末级。这也是脉冲宽度调制发射机与板调机的本质区别，是对音频放大方式的一次重要创新和改进。

以潘太尔串馈脉冲宽度调制电路为例，音频信号加工处理使用音频处理器；音频放大使用效率较高的开关电路，分为三级，第一级为晶体管开关放大器，驱动级为风冷并联YL1050四极管放大，末级采用RS2054超蒸发冷却四极管实现开关放大，即低电平音频信号对一个开关频率为54KHZ的矩形脉冲系列进行宽度调制，然后在高电平情况下解调出音频信号，去射频末级实现幅度调制。

脉冲阶梯调制发射机（PSM）的特点是将传统板调机的调幅器和主整合二为一，将主整电压化整为零，由多组功率模块（低压整流电源）叠加组成。例如由26个双功率模块组成的电压源，在载波状态下，有半数的模块闭合；在受到音频信号调制时，根据音频信号变化，数量不等的功率模块串联叠加，形成一个阶梯型的输出电压（包含直流高压和音频电压），通过低通滤波器滤除阶梯纹波，去射频末级进行板极调幅。即PSM开关放大器输出一个幅度调制的电压，作为射频末级的板极电压，既包含音频调制功率，也包含载波功率。

与PDM发射机相比，PSM发射机的音频部分采用PSM开关放大器，省去了一只大功率金属陶瓷四极管和音频驱动级的两只小型电子管，全部采用晶体管电路，有效降低了能耗，节约了成本，提高了放大效率，提高了发射机整体运行的稳定性和可靠性，降低了故障发生率，减少了维护工作量。

目前国内大功率短波广播发射机主流机型中，以TSW2500型500kW发射机为例，采用PSM 技术，音频处理及放大系统包括音频处理器、PSM控制系统、功率模块和低通滤波器等几个主要部分。

PSM发射机一般均采用数字音频处理器。对节目信号的高低频分量进行预加重，补偿接收机频响的高低频跌落，通过调整自身的均衡网络，有效的补偿发射机和天馈线系统的频率特性，自动压缩节目动态范围，自动调整音频电平，不失真的限制瞬间过调幅，提高平均调幅度，扩大节目覆盖范围。从调幅广播的功率关系来看，当调幅度为100%时，携带音频信号的边带功率仅为载波功率的一半，调幅度低于100%时，边带功率远不及载波功率的一半，所以提高调幅度，特别是提高平均调幅度，对于充分利用载波功率，实现有效覆盖，改善收听效果有着重要意义。

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

音频信号从卫星地面接收系统通过光缆（及备用音周电缆）传送到发射机房A400机柜的光端机，经过四选一数字音频分配，去往发射机的数字音频处理器，处理后的音频信号输出到PSM控制系统的音频通路板YCP24板。

YCP24板根据发射机调谐状态来决定是否接通音频信号；并指示调整输入音频电平；将输入的模拟信号转换为数字信号，目前节目源信号基本实现了数字化传输，但YCP24板依然具有数字和模拟两种信号通路可供选择。

YCP16板是音频控制系统的核心，主要进行系统控制、安全保护和数据采集等工作，保持与发射机控制系统的通讯，接受控制指令并反馈音频系统的工作状况。

YCP08板主要用于对射频反馈信号进行失真信号补偿。

YCP14板主要实现谐波信号抑制。

YCP23板是PSM控制系统运算器，主要是通过测量和计算，实现输出电压调整，功率模块的合断循环以保持模块负载平衡，以及实现PDM补偿运算等功能。

YCP17板和YCP18板为光纤接口板，是接口与缓冲单元，通过光纤将模块的关断及闭合指令送到每一个功率模块，并接收来自模块的状态信息。

音频信号经过音频控制系统数字化处理后，通过功率模块实现功率放大，音频信号的变化通过功率模块合断形成的音频调制电压来体现，每个单功率模块使用一个IGBT（绝缘门双极晶体管）作为开关元件，配合外部电路快速的实现合断；两台调制变压器为各个功率模块提供相互独立的电源，每个双功率模块由调制变压器上对应的一组次级线圈供电。数个功率模块串联叠加后提供发射机板极调幅所需的载波电压和调制电压。

PSM发射机主要通过PDM补偿技术和低通滤波器滤除阶梯纹波来抑制和改善失真。为了获得接近理想状态的音频电压，在功率模块输出叠加形成的阶梯型电压（粗台阶电压）中插入PDM脉冲来补偿粗台阶调制形成的误差，PDM脉冲电压的幅度相当于一个粗台阶电压，脉冲宽度和瞬时误差成比例。每个功率模块自身产生PDM脉冲信号，这个PDM开关频率经过低通滤波器滤除，形成接近于理想状态的无失真包络信号去往射频末级实现调幅。

低通滤波器是一个LC滤波器，由螺旋线圈和筒型陶瓷电容组成，接在调制器功率输出之后，用来滤除PDM补偿脉冲分量，将滤波后接近于理想状态的音频信号送到射频末级电子管板极上。

3 结论

在调幅广播阶段，音频放大技术决定着发射机的类型，影响着发射机实际运行的可靠性和稳定性，了解和掌握音频放大技术的本质和特点，对于理解和把握发射机运行规律，提高维护工作水平都有着积极的现实意义。

[1]黄毓龙，孙庆有，李焕忠，等.广播电视发送技术.1987.