10kW中波广播发射机的改频实践

2021-03-07裴健吴吉玉王萍

电子技术与软件工程 2021年22期

裴健吴吉玉王萍

（山东省日照转播台山东省日照市 276800）

中波调幅发射技术，是无线广播电视技术应用的先驱，在为我国社会发展和社会主义两个文明建设提供了有力的宣传保障，把党的声音传遍千家万户的过程中发挥了巨大作用。随着当代科学技术水平的快速发展，广播电视技术也发生了深刻变革，新媒体更是一骑绝尘，但在当今时代中波广播作为重要的传播途径，依然具有其不可替代性，而且上升到国家重要的战略地位。我国中波广播制式是：载波中心频段为531kHz-1602kHz，即波长为564.97m-187.27m，最小载波频率间隔为9kHz[1]，意味着中波广播频段共分120个频道。正常情况下，每个台站根据规划有固定的频率点，中波发射机在生产时按照台站规划的频率点调试好后出厂，在台站安装调试主要任务是网络匹配，一旦完成后正常工作发射频率就不会改变了。实际情况中也有台站由于规划调整和事业发展，使某些发射机因频率改动而被闲置，为使设备资源得到有效利用，避免浪费，我们就会根据实际情况对发射机进行改频。下面结合本台10kW发射机1449kHz改为1197kHz的项目实践，总结发射系统在改频时用到的步骤和方法，以及其中涉及的一些关键因素和关键技术。

1 中波广播发射系统原理

1.1 中波广播发射系统

中波广播发射系统主要是由中波广播发射机和天馈系统组成。中波广播发射机通常由射频、音频、监测、电源和冷却系统五部分组成。天馈系统对于单独发射来说就是由天线和馈线组成。为了节省天线（中波天线也称为塔），有时对于有两个及以上的发射机采用同频共塔（天线）方式发射，这就需要设计一个天调网络来实现多个不同频率的发射机共用一个天线（塔）发射。

1.1.1 射频系统

射频系统包括高频振荡器、射频调制器、射频放大器、功率合成器和输出匹配网络（带通滤波器）五个部分。音频通过射频调制器完成数字幅度调制，再经功率放大器放大，之后通过功率合成输出规定的射频信号。为了较好完成功率射频信号发射出去，需要将功率射频信号与天线进行阻抗匹配，同时为了射频信号的杂散满足要求，还需进行功率滤波，最后才将输出的功率射频信号阻抗匹配到50Ω。

1.1.2 音频调制系统

音频调制系统包括音频处理、A/D转换和调制编码，其原理是通过音频处理装置以及A/D转换装置将模拟音频信号转化为数字信号，在输出数字编码前，利用编码器对数字信号进行重新编码，而数字幅度调制能否准确要通过控制系统的射频功放功调整来保障[2]。音频调制系统作为中波发射机的重要部分，我们要非常重视，广播节目质量的好坏受其音频调制质量的控制。

1.1.3 监控系统

监控系统主要包括监控系统和报警两个部分，监控系统不仅能够实时监控当前设备的各种运行状况，还能通过网络对其进行远距离操控。报警部分是某些发射要素发生异常工作时及时发出告警信息，便于技术人员对其调整，使得发射系统能在良好的状态下工作，避免出现停播事故，为中波广播的安全播出提供全方面保障。

1.1.4 电源系统

电源系统是保证发射工作的关键部分，为中波广播发射机正常工作提供不同要求的电源。将市电变为直流电，中波广播发射机有T1和T2两个变压器。其中T1变压器的作用是提供功放电源电压，T2变压器的作用是提供整机所需的低压电压[3]。

1.1.5 冷却系统

固态发射机在满功率工作中，将会有很大量的热量产生。冷却系统是目前固态中波发射机不可或缺的一部分，冷却方式是强迫风冷。假如发射机不能及时有效降温，超过工作温度的各部件就易发生各种故障，甚至造成损坏。因此发射机要稳定运行就必须保证冷却系统的正常运行。

1.2 天调网络

发射机输出馈线与天线之间要阻抗匹配，才能将发射功率最大化和不失真的传播出去，这个匹配网络称为天调网络。同时，天调网络还具有吸收外来频率干扰、抑制射频倒送和防雷等多种作用。

基本型匹配网络包括预调网络、移相网络、阻抗匹配网络、吸收网络、阻塞网络和防雷装置[4]。

2 中波广播发射系统改频涉及的因素

2.1 射频功率系统

射频通道电路改频电路中有DDS频率合成器、二进制功率合成器、推动功率合成器和主功率合成器四部分需要调整。音频通道电路改频的电路中有A/D转换电路和模拟输人电路需要调，同时推动稳压电源和输出监测板也需要调整[5]。像拔码开关和跨接线等这些元件，可以在电路板送电前提前设好，不仅输出网络的电容要依照厂家提供的信息更换，“大台阶”和“小台阶”的效率线圈抽头的调整也要依照厂家提供的“效率线圈预置表”，大部分器件是需要开机加电之后才能调整的。

基本调整大体由频率合成振荡器的调整，缓冲放大器的检测，前置放大器的调整，射频推动放大级的调整，功放级的调整，输出网络的调整七部分组成。

2.2 天调网络

天调网络在改频中主要调整阻塞网络和吸收网络。阻塞网络一是要通过本频信号，二是要阻塞其他频率信号。吸收网络主要是吸收本台其他频率或者周边频率对本频率的干扰。由于频率的改变台站所有天调网络也都要随之调整。

3 中波发射系统改频

3.1 发射机的改造

为保证改造过程中的安全，首要前期工作是确保送高压时发射机没有功率输出，要将230V保险去掉，断掉输出电源。

3.1.1 调整频率合成振荡器

发射机的频率合成器现在普遍采用数字合成的方法，影响合成频率的因素有两处，预置分频系数S2和S1。

S2的改造：调整激励器板上的频率拨码开关S2，将其改为01011110，使之工作频率与1197kHz相对应。

S1的改造：由于1197kHz 和1449kHz载频波段Fc在同一范围，所有拨码开关S1的拨码状态不变，保持5、6位接通，其余断开，VCO3工作。

3.1.2 调整推动合成母板

每个推动器的输出都与一阻抗匹配网络相接，匹配网络初级串联一个由频率决定的电容(FD)、可调电感和合成变压器(T7、T10、T11)。

调整L1或调节电感抽头的XS31、XS32，能够使输出网络在工作频率上谐振。三个合成变压器输出的电压比的变化可以通过改变合成变压器初级抽头的X17-X22来实现。

（1）按改造后的频率调换C12、C13、C14电容。

（2）在低压下调整电感L1使之与C3、C4、C5谐振，此时测量T6的1脚信号幅度最大。然后调整机箱内的电阻R1，使T6的1脚信号幅度达到30V。

（3）开高压下调整XS31、XS32的位置使到功放板输入端的射频信号幅度达到30V比较理想，根据改后频率还要配合调整XS17、XS18、XS19、XS20、XS21、XS22才能调整到位。设置方法参考表1、表2所列。

表1：XS31、XS32 设置方法

表2：XS17-XS22 设置方法

（4）如果幅度不理想（过低或过高），调整推动稳压电源来调解一下。

（5）总之，此过程要反复多次才能调好。

3.1.3 调整输出网络配置

发射机的输出网络包括带通滤波器和T型阻抗匹配网络这两个部分。

图1所示中波广播发射机的输出网络的静态图。带通滤波器由L101、C101、C102组成，而T型阻抗匹配网络由L103、L104、C104、L105组成。

图1：输出网络的静态调整

射频放大器产生的基波电压输出是通过带通滤波器来完成，同时还能将杂波滤除，合成器的输出4Ω阻抗通过L102使其匹配到50Ω；T型阻抗匹配网络主要应用于对发射机和天线网络系统进行匹配，用来匹配一个不规则的50ω馈线阻抗。C104和L105组成三次谐波陷波器，作用使清除三次谐波[6]。

（1）参照图1调节输出网络并联、串联、3次谐波的电容配置。

1.调节并联谐振网络：将L102在C处连线断开，然后调节L102线圈的短路夹的位置，调节L102的电感量使其能够谐振。

2.调节串联谐振回路：将L101与合成变压器D处连线断开，C出继续断开，调节在L101上C102连接处短路夹位置，使其在发射机载频上能够谐振[7]。

3.调节三次谐波：将L105、C104从A处断开，调节L105使网络谐振在1197kHz三倍频上，然后重新将A处接线接好。

（2）次谐波校准到180°、0+j0Ω。并联校到360°、∞+j∞Ω。

（3）将发射机出口与馈线断开，接入50Ω电阻。

（4）调整T型网路，先把L103在B点断开，更改L103和L104的值（旋转右侧“负载”更改L104值，主要改变实部；旋转左侧“调谐”更改L103值，主要改变虚部），调整到50+j0Ω。

（5）将功放母板合成输出铜棍与L1电感断开。调整串联电路，使之调整到4+j0Ω。这是理论值，实际应用一般调到3.8-j3.5左右。如果功率过大则增大实部，反之减小。

3.1.4 调整母板效率线圈匝数

不同频率对应的不同匝数。低频匝数多，高频匝数少。所以从低频改高频省事，短接一部分线圈就行了。从高频改到低频就要加圈了。根据效率线圈预置表：

（1）大台阶线圈是：原先1449kHz对应的线圈匝数为29，改后1197kHz对应的线圈匝数为39，这样我们就需要增加10圈。

（2）小台阶线圈：1449kHz电感线圈L1、L2、L3、L4、L5、L6对应的圈数为32、27、21、19、16、12，而1197kHz电感线圈L1、L2、L3、L4、L5、L6对应的圈数为41、33、27、25、21、17，这样我们就需要对电感线圈L1、L2、L3、L4、L5、L6对应的分别增加圈数为9、6、6、6、5、5 。

3.1.5 准备试机

（1）开一次高压，将功率输出编码降为0。

（2）合上230保险，开高压，升功率，1kW运行10分钟左右，关机摸摸功放板有没有速热的，槽路电容等。

（3）5kW运行10分，再看看用没有热的。然后运行30分钟确定正常了再开到10kW运行观察。

（4）如果天线和虑波器报警或指示过大，需要调整输出监测板。

以上是改频基本流程，重点就是推动母板的调试，他是核心。但调试过程不一定就顺利，需反复调整。最终以信号幅度够，板子没有过热的为最佳状态。

3.2 同频共塔天调网络改造

日照转播台此次改频的天调网络为10kW双频共塔747kHz-1449kHz改频为747kHz-1197kHz。另外本台还有918kHz、1035 kHz两个频率。

3.2.1 改造747kHz主路

原有1449kHz的谐振阻塞，现在更改为1197kHz的谐振阻塞。电容1000pF的容值不变，因为谐振时容抗与感抗大小相等方向相反，经计算后得到1197kHz下谐振电容容抗为133Ω，此时对应的谐振电感17.7μH。在747kHz下的1000pF电容容抗不变，电感由原来的12.1μH变更为17.7μH，感抗变大了，那么谐振在1197kHz下电容和电感在主路上的感抗由77Ω变更为136Ω。若想让主路输出不变，与谐振在918kHz的串联并联之前，电抗要保持不变，所以L3要减少12.56μH，而原来的L3为11.12μH，所以只有变更L3旁边的C3，C3由原来的1000pF变更为750pF，容抗由-213Ω变更为-284Ω，再适当调整L3，747kHz输出50Ω。

3.2.2 调整747kHz支路

因为临近主频的频率只有918kHz和1035kHz，所以只考虑这两个频率的限波。918kHz在主路阻抗变换的T位置上，支路就不用再考虑了。1035kHz的限波是在主路采用阻塞的形式，支路就不用再考虑了。可是1035kHz机器开机后对747kHz机器的工作影响很大，1035kHz又在支路上采用先并联后串联的形式限了波，并联是谐振在主频下，对输出的电抗没有影响，串联是谐振在陷波频率下，所以限波直接对地了。

3.2.3 改造1197kHz主路

现有747kHz的谐振阻塞，阻塞频率不变，所以阻塞网络也不变。主路频率由1449kHz更改为1197kHz了，这样谐振在747kHz的阻塞在主路的容抗由-120Ω变更为-174Ω，谐振在1035kHz的阻塞在主路的容抗由-112Ω变更为-264Ω。根据1197kHz下的电抗，直接配合着调整L4和L6使输出为50Ω。如果调不到就需要断开并联谐振与L4之间的连线，用网络分析仪测量该点的电抗，再重新计算T型阻抗变换的各器件值。经计算C4由原来的1000pF变更为2000pF，C6由原来的500pF变更为1000pF，虚部加了2000pF的电容。

3.2.4 调整1197kHz支路

因为临近主频的频率只有918kHz和1035kHz，所以只考虑这两个频率的限波。1035kHz的限波是在主路采用阻塞的形式，支路就不用再考虑了。918kHz的限波在之前的1449kHz下没有，经开机观察918kHz的机器并没有串到1197kHz机器里，918kHz机器的开关对1197kHz机器没有影响，所以918kHz的限波不用增加。

改造后的天调网络如图2所示。