TB02—103 10kW调频发射机的原理解析

廖光源

【摘 要】TB02-103 10kW调频发射机，电路设计汇集世界上最新的技术，功率放大器采用了最新的大功率效应管（LDMOSFET），使发射机具有高增益、高效率、高可靠性、高输出失配等优良的性能和良好的技术指标。

【关键词】发射机；LDMOSFET；高增益；高效率；高可靠

0 引言

意大利INTECH公司生产的TB02-103 10kW调频发射机，电路设计汇集世界上最新的技术，10kW可调（冗余量10%，可达11kW），整机功耗13kVa，超静音风机设计，风机噪音仅为56dBA。

功率放大器采用了LDMOSFET技术，使用了最新的高增益、高效率、高可靠性大功率横扩散金属氧化物硅场效应管（LDMOSFET），功率设计余量大，具有高可靠性和良好的技术指标，它不但减少了能耗、节能环保、提高了效率，使发射机的稳定性大幅度地提高，从而降低了发射机的故障率。

1 发射机的原理

发射机主要由整机开关机控制和计算机监控单元、30W模拟调频激励器、5kW功率放大器单元、无源功率分配/合成网络和供电系统组成，发射机整机原理方框图如图1所示：

1.1 发射机整机开关机控制和计算机监控单元

整机监控包括开关机控制单元和计算机监控单元，安装在发射机机柜内。开关机控制单元由逻辑控制板和控制接口板组成，在前面板上配有开机、关机、本地控制和远程控制模式按钮开关，同时在前面板上还配有本地/远程指示灯、输出功率正常/异常、报警状态指示灯。

计算机监控单元由工控微机和控制接口板组成，前面板由液晶显示屏、计算机键盘和鼠标。计算机监控单元通过控制接口板连续监测发射机的各个功能单元，显示各个功能单元工作状态，并记录发射机的所有的实时状态信息。它与组成发射机的其它功能单元之间的通讯是通过远程并行控制总线来实现的，每个功能单元中都配置了逻辑控制板，逻辑控制单元据此可获得所有放大模块的运行报警信息。

计算机监控单元配有RS-232串行口和并行接口，可满足用户对发射机遥测遥控，实现远程监控，在关闭计算机监控单元的情况下，发射机可照常工作。

1.2 检测显示单元

为了方便在现场实时监测每个功率放大器单元的工作状态，发射机配有检测显示单元，检测功放单元工作参数，并直观地显示在面板上。

检测显示单元通过功率放大器数据接口板的串行数据总线与各功率放大器单元通讯，同时整机合成器的吸收负载检测数据也被送到检测显示单元，也被选择监测显示出来，供检测显示的数据有：

3位数字表显示功放单元的输入功率、输出功率、反射功率、电压、电流、温度、不平衡功率等模拟数值；故障报警灯显示每个功放单元内MOS管工作报警状态；同时故障报警灯显示过驱、过温、过流、过压，反射大等报警信息。

1.3 30W模拟调频激励器

发射机采用了30W模拟调频激励器，左/右立体声信号，AES/EBU 数字信号输入，数字化设置输出频率及输出功率，操作简单，稳定性好。

该激励器采用了输出频率（每步10kHz）和功率（每步0.1dB）数字化精密设置、立体声编码器采用分段数字逼近技术、温度补偿晶振频率合成技术、低噪声和低失真的压控振荡器、音频低通滤波器和75kHz有源尖锐调制限幅器、高效率开关和隔离电源等到先进技术。内置并行接口、RS232 串行接口、RS485总线接口、局域网LAN接口多种远程接口，可以使用外部计算机连接面板上的串行接口进行远程监控，激励器并具有直流电源短路及反射功率过大的保护电路RF OUT。

激励器的控制及显示由内置微处理器独立完成。可通过前面板的功能键和LCD显示屏完成对激励器的监控：主菜单包括监测、设置、状态、历史记录，监控参数有：输入/输出功率、反射功率、工作电压/电流、放大器的电压/电流、工作温度、过调制和高驻波比报警、锁相环锁定指示；精密电表显示峰值调制度、报警信息、历史报警记录即包括能设置的所有参数等。

微处理器uPC内置的EPROM保存开关机事件和故障报警历史记录，每一项事件和故障发生的时间都被记录保存，以便维修查询。

激励器面板包括有：过调制和高驻波比报警、锁相环锁定指示；精密电表显示峰值调制度、直射和反射功率等信号，非常直观方便。激励器设置有直流电源短路及反射功率过大的保护电路，可以进行工作频率、输出功率和预加重插入选择开关等多项设置。

1.4 5kW功率放大器单元

整机输出为2台5kW放大器PA采用3dB合成，5kW（最大6kW）功率放大器PA由6个基本模块、微处理器的控制板、输入输出分配合成板及耦合电路以及5组大容量低躁风扇组成。每个基本模块输出功率1.2kW，每个1.2kW放大模块采用了最新高效的LOMOSFET大功率功放管BLF188XR一只。功放单元PA具有自动保护功能，对高温、过压、过流、过驱动、过载、反射太大，输出功率太小和太大等都能自动保护，同时具有直射功率太小、直射功率太大、过驱动、反射太大和散热器温度太高等报警信号。

功率放大器PA经无源功率分配器直接接收来自激励器的信号，无需中间级放大，使发射机功放链路无瓶颈支路，各级信号分配合成器插入损耗低于0.16dB。

功放单元PA内放大板由3个2.5kW TDK LAMBDA（共7.5kW）独立的48VAC开关电源并联供电。当有射频模块损坏时，供电电源组将自动调整供电状态以保证整个放大器的输出在4kW。当有一组电源损坏时，另外两组电源也将调整状态并确保整个放大器的输出仍能有3kW的功率输出。特殊的供电系统设计最大程度地减少了出现故障模块（射频或电源）时，功率放大器的功率输出的影响，从而减少了对整机功率输出的影响。

功率放大器内部逻辑控制保护电路监控每个MOSFET管子的工作状态，包括电流、电压、温度、入射功率、反射功率等。如有参数超过预设值时，认为出现故障，保护电路将自动降低输出功率；如故障严重，直接通过使能ENABLE电路关闭电源输出，使功放模块的输出为零，并将故障信息通过数据总线送到中央控制单元。

5kW功放单元PA内放大板由3个独立的采用了独特的Shunt恒流技术的2.5kW AC/DC开关电源并联供电。功放单元PA的供电电源为效率高达93%的开关电源，输入电压为单相220VAC，电源输出48VDC为各级功放供电，具有高输出电压限幅“撬棒电路”保护、外电压太高、输出过流、输出短路、外部交流电源浪涌吸收电路等保护功能。功放单元PA的供电输入端配有带过流保护的开关，CPU逻辑控制保护电路通过电源接口板电路来监控AC/DC开关电源，每个电源单元带有两只内置冷却风机，确保其工作安全稳定。

1.5 无源功率分配/合成网络

发射机末级功率放大器采用了新型的无源功率分配/合成网络，即IN- LINE6路无源功率分配/合成器。该无源功率分配/合成器采用宽带设计，无须较准，稳定性高，设计紧凑，每一合成输入口只需要一个吸收负载，备件少，插入损耗<0.25dB，完全隔离，减少了功率合成级数，增加了合成效率，并且合成输出的冗余设计使模块有故障时，发射机仍然可在尽可能小的功率降低情况下继续工作。

1.6 整机电源系统

整机电源系统采用分级供电方法。激励器、功放模块及控制单元本身都自带开关电源，提高发射机可靠性。

2 结束语

TB02-103 10kW调频广播发射机，电路设计汇集世界上最新的技术，功率设计余量大，具有高可靠性和良好的技术指标，功率放大器采用了最新的高增益、高效率、高可靠性和高输出失配大功率横扩散金属氧化物硅场效应管（LDMOSFET），配备了性能超群的中央控制单元、无源功率分配/合成网络和供电系统等等，使发射机的稳定性大幅度地提高，从而降低了发射机的故障率。

[责任编辑：汤静]