调频激励器浅谈

杜志忠

摘 要：调频激励器是调频广播的心脏，本文介绍了调频广播激励器的发展，激勵器系统的组成，硬件电路的工作原理和软件实现的功能。

关键词：DSP；立体声编码；ALC

中图分类号：TN934.2 文献标识码：A

调频广播可以实现立体声和多路广播，具有高保真度，信噪比高，没有串扰，效率高及体积小使用方便等优点，因此调频广播的听众越来越多。近几年调频广播的技术不断更新，特别是调频广播的激励器。作为调频发射机的核心，激励器将输入的音频信号及附加业务信号合并处理成基带信号，然后将基带信号调制到调频载波的频率范围（87MHz～108MHz）内，已调信号由激励器放大器放大后输出。调频激励器负责调频发射机的信息处理，又担负了发射机的一部分故障报警处理。调频激励器的性能决定了发射机的优劣，它还对发射机整机的工作进行监控，发现整机输出功率异常时进行自身功率输出的调整，来保证发射机整机和激励器自身的正常工作。

一、调频激励器的发展

调频激励器依据信号处理方式的不同，分成模拟激励器和数字激励器。数字激励器的主要技术是利用DSP（数字信号处理）和DDS（数字频率直接合成），具有高信噪比，低失真，易于组建单频同步广播网，主要用于DAB（数字音频）广播系统。模拟激励器采用频率调制技术和模拟信号处理，经过多年的技术发展模拟激励器的技术指标基本和数字激励器差不多，同时为了适应数字广播技术的发展，支持数字音频格式的输入，模拟激励器在模拟载波调制技术的基础上，增加了数字音频接口，对输入的音频信号进行DSP处理编码，编码后的信号经过了数/模转换后再进行调制。这种方式适应了技术发展的需要，也为以后数字广播奠定了基础。

虽然数字激励器的性能要优于模拟激励器，但它的成本远高于模拟激励器，同时经过多年的发展，模拟激励器的使用范围非常广泛，今后一段时间还将是调频广播的主要激励器。本文介绍的是新型模拟激励器。它由硬件电路和软件系统两个部分构成，硬件电路实现了对调制音频信号的处理编码，合成基带信号后完成调频调制，然后由功放级放大输出射频信号；软件系统实现对硬件电路工作状态的监控，并依据要求实现的功能对发射机进行智能化管理。

二、调频激励器的硬件构成与工作原理

调频发射机的硬件电路采用模块化设计，包括音频处理器模块、调频调制器、激励器功放、控制显示通讯系统、电源模块和风机。

1 音频处理器模块。音频处理器模块的主要功能是实现立体声编码，立体声编码的制式有两种，抑制副载波调幅方式（导频制）和极化调制方式（双边带调幅）。当前世界范围广泛采用的是“导频制”。目前比较先进的音频处理器模块都支持单声/立体声/复合信号的处理，及附加业务信道，同时提供数字音频（AES/EBU）的音频接口。音频处理器模块包括预处理电路，预加重电路，低通滤波器，立体声编码器电路和限幅器。

预处理电路调整输入左、右路音频信号的幅度，实现平衡或不平衡的阻抗选择，设置音频衰减量，将一定范围内的音频信号电平设置为标称电平，输入标称电平时输出的基带信号相对载波的频偏为75kHz。预加重电路提供预加重常数选择，通过选择开关选择50μs或75μs常数。低通滤波器将15kHz及以上的杂波信号滤除，保证30Hz～15kHz的音频信号通过，同时抑制了导频信号（19kHz），对导频和大于导频的杂波抑制度超过50dB，在30Hz～15kHz的音频范围内的平坦度低于0.1dB。立体声编码器有矩阵式、硬开关和软开关三种编码方式，常用的编码方式为软开关方式，它具有低失真和高分离度的优点，软开关将左右路信号和导频混合处理，编码后的信号有导频音、左右路信号、复合信号、抑制副载波的左右路信号差S，好的立体声编码器的失真度小于0.1%，分离度大于65dB。限幅器处理输入超过标称电平的音频信号，控制输出基带复合信号的幅度，降低总的调制频偏。

2 调制器电路。调频载波由集成锁相环路产生，并将编码器的基带信号调制到载波上。采用集成锁相环路技术使调制器控制和设置频率变得容易，跟踪特性良好，频率稳定度高（±1ppm以内）。调制器电路包括VCO电路，锁相频率合成电路，电平调理电路，环路滤波器，捕捉带控制电路，电调衰减器和放大电路。

电平调理电路调整合成基带信号的幅度，使标称音频电平输入时频偏控制在75kHz（调制度为100%）。VCO振荡器采用变容二极管直接调频方式输出振荡信号。锁相频率合成器电路具有鉴相器和分频功能，VCO振荡频率分频后与基准频率鉴相比较后输出的差拍信号送至环路滤波器进行锁定，输出直流信号。环路滤波器滤除混在差拍信号中的高频干扰及和频成分后将信号送至VCO中，使振荡信号接近锁定值。扑捉带控制电路先扩大捕捉范围，支持快速锁定，锁定后捕捉范围减小，降低干扰。提供电调衰减器，支持功率输出的自动控制。输出放大级对VCO输出的射频信号放大，使信号能够驱动激励器的功放，同时提高激励器的抗干扰能力。

3 激励器功放。激励器功放由推动级、末级功放、低通滤波器和定向耦合器组成。推动级和末级功放将已调载波信号放大，通过低通滤波器滤除载波的高次谐波后经定向耦合器输出。末级功放管一般工作于丙类工作状态，目前许多激励器的功率控制环节（ALC）通过调整末级功放管的集电极电压或推动级的MOS场效应管栅极电压来对激励器功率输出调整。定向耦合器一般采用微带方式，也有采用传输线或电容耦合方式，功率检波一般采用二极管峰值检波，现在较新的办法是采用线性功率检波器。

4 控制显示通讯系统。控制显示通讯系统负责用户设置激励器的工作参数，查询激励器的运行状态显示，监视和维持激励器的正常工作，与调频发射机末级功放形成环路实现整机的自动功率控制。提供远程通讯接口，实现远程对激励器的控制管理。

5 电源模块和风机。激励器电源模块过去多采用线性变压器，现在一般多采用开关电源，采用开关电源的好处是有效地降低了EMI和电源纹波的干扰，而且功耗很低。激励器风机吹走了激励器末级功放产生的热量，保证了激励器的正常运行。

三、激励器软件系统实现的功能

完备的激励器控制软件至少要实现人机通话，远程遥控，实时监测，存储查询数据，故障报警保护，切换工作状态等功能。

软件系统提供可靠的人机通话界面，方便用户提供输入设置和查询，显示激励器开机至关机的各种状态参数。激励器软件支持联网，保证远程管理计算机联网通讯，完成远程遥控功能，一般激励器提供网络接口、USB接口和串行通讯接口（RS232），实现对激励器的在线工作参数修改和状态查询。软件具备监控功能，实现对当前激励器和整机运行状态的监控和数据分析，实时更新显示的数据状态，维持激励器和整机形成ALC功率自动控制及激励器内环功率稳定输出。软件系统支持数据分析能力，当激励器或发射机的运行数据异常时，提供报警并执行相关保护动作，同时记录故障信息，为用户提供故障查询。提供数据存贮功能，存储的功能包括对用户设置的工作参数，激励器和发射机运行的状态参数，查询存储的历史数据方便用户对发射机和激励器自身的长期运行状态提供预测分析。当前为了确保发射机的正常播出，多采用双激励器热备份主备工作方式，激励器软件需要支持工作状态在主和备工之间快速切换的功能。

此外一个良好的激励器软件系统还应该支持智能化控制，自动识别内外环工作状态，对运行状态的缓慢变化具备长期监测和缓慢纠正恢复的功能，具备定期自检功能，当激励器自身运行出现故障后自动复位，重启系统。软件系统良好的自检纠错能力是保证设备实现无人值守的关键。同时还要具备支持扩展功能和方便用户系统升级。

结语

随着数字技术和互联网技术的快速发展，调频广播在一定程度上受到来自新媒体的冲击，但由于移动接收用户（家用汽车普及）的增加及调频广播的立体声魅力，使调频广播的地位得到了增强，调频广播还有很大的发展空间。本文对调频激励器的功能与原理的分析对电台维护人员具有一定的参考意义。

参考文献

[1]王艳玲.谈谈数字调频激励器的原理与故障检修[J].通讯世界，2015（04）：3-4.