調(diào)頻立體聲廣播原理

-.z.第一章調(diào)頻立體聲廣播原理第一節(jié)調(diào)頻廣播的發(fā)展史調(diào)頻方式是1935年在美國的實驗室證明可以用來作為廣播的一種調(diào)制方式。1941年5月，美國首先開始在43～50MHz波段進(jìn)行調(diào)頻廣播（隨后頻率改變?yōu)?8～108MHz），但發(fā)展緩慢。在1958年開始雙聲道調(diào)頻立體聲廣播，并在1961年，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）決定采用AM－FM制（GE－Zenith制式，即我們現(xiàn)在所說的導(dǎo)頻制）為立體聲調(diào)頻廣播制式。由于這一制式的確立，調(diào)頻立體聲廣播從此在世界各發(fā)達(dá)國家迅速開展，例如蘇聯(lián)從1959年，原西德從1963年，日本從1962年開始立體聲調(diào)頻廣播。在歐洲，調(diào)頻廣播得到了更加積極和廣泛的實施，因為這種方式解決了在比較密集狹小的地區(qū)內(nèi)，中波廣播頻帶不夠分配而導(dǎo)致的串臺現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。而在日本開始采用調(diào)頻廣播的目的是它可以排除鄰國中波臺的串?dāng)_，提高廣播音質(zhì)，并在70年代以后得到迅猛的發(fā)展。在我國，上世紀(jì)50年代末就開始了試驗性調(diào)頻廣播，當(dāng)時主要用于節(jié)目傳輸。對于新中國來說，在相當(dāng)長的時間內(nèi)，廣播首先要解決幅員遼闊、人口覆蓋的問題和對外的宣傳問題，因此中波廣播和短波廣播是更為有效的方式。進(jìn)入上世紀(jì)80年代以后，直至2000年以前，隨著"四級辦廣播”的指導(dǎo)方針的確定，極大地調(diào)動了各地方辦臺的積極性，調(diào)頻廣播方式開始為各級電臺所采納。隨著電子元器件的發(fā)展和通訊技術(shù)的進(jìn)步，到80年代后期我國的調(diào)頻廣播迅速的發(fā)展起來。中央及省級調(diào)頻臺大部分采用10kW功率等級電子管發(fā)射機(jī)，發(fā)射臺一般設(shè)置在高山上和電視塔上，覆蓋著城市稠密的人群；中小城市一般采用自立式鐵塔作支撐架設(shè)天線，多采用300W～5kW電子管發(fā)射機(jī)；而縣鄉(xiāng)城鎮(zhèn)多采用小調(diào)頻10W～100W。到上世紀(jì)90年代初，我國的調(diào)頻發(fā)射機(jī)研制生產(chǎn)能力已得到長足的進(jìn)步，陸續(xù)推出了300W、1kW的全固態(tài)調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)，并能批量生產(chǎn)。此后調(diào)頻廣播主要向立體聲、多功能附加信道、全固態(tài)方向發(fā)展，對設(shè)備性能要求越來越高，節(jié)目內(nèi)容也越來越豐富，新聞、教育、文化、科技宣傳、娛樂和各種廣告等各種信息服務(wù)應(yīng)有盡有，極大的豐富了人們的業(yè)余文化生活，聽眾參與節(jié)目十分踴躍，這一時期是調(diào)頻廣播發(fā)展的鼎盛時期。目前國內(nèi)的廣播發(fā)射設(shè)備制造廠商已能提供從10W～10kW各種功率等級的全固態(tài)調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)，包括天饋系統(tǒng)在內(nèi)的整個環(huán)節(jié)都已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。本書以1kW全固態(tài)調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)為參考機(jī)型，講述調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)的原理、操作與維護(hù)。第二節(jié)調(diào)頻廣播的基礎(chǔ)理論通信廣播的各種方式都是要利用電磁波來傳送信息，把電磁波作為載體，以不同的方式把信息裝載后發(fā)射出去，在接收端再以相應(yīng)的方式把信息取出來。前一過程稱之為調(diào)制（Modulation），后一過程則稱為解調(diào)（Demodulation）。作為載體的電磁波用數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示如下，在以后敘述中我們稱之為載波信號：式（1－1）式（1－1）或式中，uC(t)——任意時間t的電壓；UC——載波信號的最大振幅；ωC ——（＝2πfC）載波信號的角頻率；fC ——載波頻率我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，531～1602kHz為中波調(diào)幅波段，2.2～26MHz為短波調(diào)幅波段，87～108MHz為調(diào)頻波段。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，531～1602kHz為中波調(diào)幅波段，2.2～26MHz為短波調(diào)幅波段，87～108MHz為調(diào)頻波段。t——時間，以后有時間的量以瞬時值描述。作為調(diào)制信號的音頻，以單音為例，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示如下：式（1－2）式（1－2）式中， uΩ（t）——調(diào)制音頻電壓瞬時值；UΩ——調(diào)制音頻電壓的最大峰值；Ω——調(diào)制音頻的角頻率；FΩ——調(diào)制音頻頻率中波調(diào)制頻率*圍一般為50Hz～8kHz，調(diào)頻調(diào)制頻率*圍為30Hz～15kHz。中波調(diào)制頻率*圍一般為50Hz～8kHz，調(diào)頻調(diào)制頻率*圍為30Hz～15kHz。到目前為止，作為模擬廣播發(fā)射機(jī)的主要調(diào)制方式有兩種，即調(diào)幅AM（AmplitudeModulation）和調(diào)頻FM（FrequencyModulation）。為便于理解，以下以調(diào)幅和調(diào)頻作為對比，分析它們的調(diào)制方式不同點。調(diào)幅方式顧名思義就是把調(diào)制信號加到載波信號的振幅上，使得載波信號的振幅大小隨著調(diào)制信號的大小而變化。用數(shù)學(xué)表達(dá)式可表達(dá)為：式（1－3）式（1－3）式中， uα(t)——經(jīng)過幅度調(diào)制的載波瞬時電壓，簡稱已調(diào)波信號；mα（＝）稱為調(diào)制系數(shù)，其中K為比例系數(shù)。比較式（1－1）和式（1－3）可發(fā)現(xiàn)，式（1－1）中的振幅項UC變成了，即載波的幅度變成隨調(diào)制信號而變化的變量，并且可以調(diào)節(jié)調(diào)制的深度，完成了調(diào)幅的目的。調(diào)頻就是對式（1－1）中載波的頻率項fC（或角頻率ωC）進(jìn)行調(diào)制，使載波的瞬時頻率隨著音頻調(diào)制信號的大小而變化，在最終的結(jié)果上，實際上是總相角ωCt隨調(diào)制信號的變化，而載波的幅度保持不變。當(dāng)調(diào)制信號為式（1－2）的uΩ(t)時，按頻率調(diào)制的定義，調(diào)頻波的瞬時頻率應(yīng)該以載波頻率為基準(zhǔn)，隨著調(diào)制信號的大小偏移基準(zhǔn)值，即：式（1－4）式（1－4）式中，ωC——未受調(diào)制時的角頻率；Δω(t)——調(diào)制后角頻率的變化量，叫做瞬時角頻率偏移，它與調(diào)制電壓的幅度成正比； Kf ——比例常數(shù)。Δω(t)的最大值叫做最大偏移，以Δω表示，即：習(xí)慣上把最大頻移稱為頻偏。在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中主信號標(biāo)準(zhǔn)頻偏為±75kHz，而最大頻偏為±100kHz。這是關(guān)于調(diào)頻方式概念上的了解，以下的數(shù)學(xué)分析過程則可求得調(diào)頻波的最終表達(dá)式，并且會得到調(diào)頻波的相關(guān)參數(shù)的表征方法。已知調(diào)頻波的角頻率，則，它的總相角可表示為：式（1－5）式（1－5）式中， 是調(diào)頻波的相位變化量，它和調(diào)制電壓對時間的積分成正比，因此調(diào)頻波的瞬時表達(dá)式為：式（1－6）式（1－6）式中，稱為調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù)，它是以弧度為單位的調(diào)頻波的最大相位偏移。調(diào)頻指數(shù)和調(diào)制信號的振幅成正比，和調(diào)制信號的角頻率成反比。這里需要特別提及的是調(diào)頻波的頻譜，它不像調(diào)幅波所產(chǎn)生的上下兩個邊帶則簡單。由于數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程非常復(fù)雜繁瑣，這里我們僅利用已有結(jié)論。從理論分析上已經(jīng)證明，調(diào)頻波的頻譜是由載頻ωC和無數(shù)對邊頻（ωC±nΩ）組成。其中n為任意正整數(shù)（n＝1，2，3，……）。也就是說，調(diào)頻波的邊頻有無限多個，因而頻帶也為無限寬，相鄰邊頻之間的間隔等于調(diào)制信號頻率Ω。但實際上調(diào)頻波能量的絕大部分是集中在載頻附近的一些邊頻中，跟調(diào)頻指數(shù)mf的關(guān)系是：式（1－7）在當(dāng)n>（mf＋1）時，邊頻的幅度已降到小于0.1，濾除掉大于（mf＋1）的邊頻分量，對調(diào)頻波的失真影響不大，因此得到以下重要結(jié)論，也是通常計算調(diào)頻波頻譜有效寬度的原則，即：式（1－7）式中，F(xiàn)ma*為最高調(diào)制頻率。 當(dāng)Fma*＝15kHz，頻偏Δfm為規(guī)定的75kHz時，單音調(diào)頻波的頻帶寬度通常記為：在要求兩相鄰電臺干擾比較小，或要求非線性失真很小時，帶寬還應(yīng)適當(dāng)?shù)募訉捯恍ＭǔＨ。菏剑?－8）式（1－8）由以上公式可以看出調(diào)頻波的頻帶寬度主要取決于調(diào)制信號的最高頻率，在頻偏受限的情況下調(diào)頻指數(shù)也由調(diào)制頻率確定，調(diào)制頻率低時，調(diào)頻指數(shù)較高，調(diào)制頻率高時，調(diào)頻指數(shù)較低。最低即為Fma*＝15kHz時，mf＝5。由于調(diào)頻指數(shù)mf隨著調(diào)制頻率的升高而減小，因此表現(xiàn)在接收效果上調(diào)制音頻的高端信噪比比較差，針對調(diào)頻發(fā)射機(jī)的這一缺點，專門采用了預(yù)加重與去加重技術(shù)措施來改善高端信噪比。具體原理如下： 在發(fā)射端將音頻信號的高端部分提升即稱為預(yù)加重。提升點選擇在音頻信號頻譜密度下降了3dB時所對應(yīng)的頻率值。對于調(diào)頻廣播，f約為3.2kHz，這時τ＝50μs。典型的預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)和特性及參數(shù)值如下：（a）(b)圖1-1預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)與特性F4001K3K5K7K10K12K15KdB00.412.765.337.5910.3011.7313.60表1-150μs標(biāo)準(zhǔn)預(yù)加重提升值 在接收端（收音機(jī)）鑒頻器之后，設(shè)置具有相反特性的去加重網(wǎng)絡(luò)，仍選取3.2kHz為基準(zhǔn)點，最后使加重的信號恢復(fù)到它原來的相對值上。去加重網(wǎng)絡(luò)及去加重特性如下：(b)圖1-2去加重網(wǎng)絡(luò)與特性經(jīng)過預(yù)加重－去加重處理后的調(diào)頻信號，信噪比得到很好改善。例如Fm＝15kHz，τ＝50μs時，噪小減小到十分之一。 調(diào)頻廣播與中波調(diào)幅廣播相比，調(diào)頻廣播具有以下特點和優(yōu)勢，因此得到了迅速發(fā)展。 1、沒有信號串?dāng)_現(xiàn)象 中、短波段電波可以被電離層反射，因而可以傳到很遠(yuǎn)的地方，其傳播距離還受地面環(huán)境、天氣變化的影響，覆蓋*圍內(nèi)信號變化較大，也容易形成相近頻率電臺間的串?dāng)_。調(diào)頻廣播使用超高頻波段，只能在視距*圍內(nèi)傳播，在視距*圍以外信號迅速衰落，因而就不會形成串?dāng)_，有利于頻譜的高效利用。 2、信噪比好 調(diào)頻廣播不同于調(diào)幅的最大區(qū)別在于調(diào)幅信號是電波的幅度隨信號變化，因此只要外界存在如熒光燈、電器設(shè)備等產(chǎn)生火花脈沖類信號都極易進(jìn)入收音機(jī)形成干擾，因為它迭加在信號幅度上，因此難以排除。而調(diào)頻信號是等幅的電波，接收信號可以通過限幅放大來恢復(fù)，并且因為調(diào)制度大，所以信噪比好。另外，在超高頻波段，外部能產(chǎn)生的噪聲也小，所以可以實現(xiàn)高信噪比的優(yōu)質(zhì)廣播。 3、動態(tài)*圍寬 動態(tài)*圍是指人耳聽覺能夠感受到的不失真的音量變化*圍。中波廣播因為調(diào)制度受到限制，加之為提高信號響度，一般都采用措施提高平均調(diào)制度，因此信號動態(tài)*圍小，適合于聲音廣播。而調(diào)頻廣播由于本身信噪比高，實際動態(tài)*圍可達(dá)60dB以上，可以較好的表現(xiàn)一般音樂信號，適合于各類節(jié)目播出。 4、能進(jìn)行高保真度廣播 僅僅是信噪比好、動態(tài)*圍寬還不夠，要進(jìn)行高保真度廣播，還必須能夠?qū)崿F(xiàn)音頻信號足夠的帶寬，這一點調(diào)頻廣播也完全能夠滿足，一般情況下，人耳所能聞聽的最高音頻為15kHz，如前所述，在規(guī)定的75kHz頻偏時，調(diào)制帶寬可滿足15kHz調(diào)制。而中波調(diào)幅廣播，按規(guī)定每個電臺占用的頻帶寬度應(yīng)當(dāng)是9kHz，但通常大都占有14kHz左右，即調(diào)制頻率最高可限制到7kHz，很明顯保真度不高。 5、可以進(jìn)行立體聲廣播 因為調(diào)頻廣播具有以上高信噪比、寬動態(tài)*圍和能夠進(jìn)行高保真度廣播的優(yōu)越特性，所以可以由一部發(fā)射機(jī)進(jìn)行高質(zhì)量的雙聲道立體聲廣播。第三節(jié)調(diào)頻立體聲廣播的原理 從調(diào)頻的方式來講，單聲與立體聲都是一樣的。調(diào)頻立體聲廣播關(guān)鍵要解決的問題是如何把左（L）、右（R）兩個聲道分別錄制的聲頻信號送入調(diào)制器，而且同時要考慮好接收端如何恢復(fù)解調(diào)出左、右兩路信號，因為立體聲重放系統(tǒng)要求左、右路信號獨立。 這里有一個前提條件，即經(jīng)過立體聲調(diào)制的信號，首先要兼容普通單聲道收音機(jī)的收聽，并且調(diào)制度、信噪比等技術(shù)指標(biāo)降幅不能太大。 經(jīng)過數(shù)十年的努力與實踐，目前雙聲道立體聲調(diào)頻廣播的制式趨向統(tǒng)一，即絕大多數(shù)國家都采用了調(diào)頻－調(diào)幅（即稱為導(dǎo)頻制的GE－Zenith）制式。 這種制式把左、右聲道信號之和（L＋R）作為聲頻段的和信號，簡稱為M，作為單聲道接收的信號，頻帶*圍為30Hz～15kHz。把左、右聲道信號之差（L－R）作為聲頻段的差信號，簡稱S，并采用擬制載波的調(diào)幅方式調(diào)制在副載波上，副載波頻率規(guī)定為38kHz，因此形成頻段38±15kHz，即23kHz～53kHz的調(diào)幅差信號。經(jīng)這樣處理后的信號兩項加起來用數(shù)學(xué)式表達(dá)為：式中ωS即為副載波的角頻率，另外為了在接收端解調(diào)出差信號（L－R），則需要準(zhǔn)確的恢復(fù)副載波信號ωS，所以必須在發(fā)射時加上副載波的信息。導(dǎo)頻制立體聲廣播規(guī)定要加入的導(dǎo)頻信號是副載頻的半頻，副載波規(guī)定使用38kHz，導(dǎo)頻則是19kHz。至此，完整的立體聲調(diào)制信號稱為立體聲復(fù)合信號可表示為：式（1－9）式（1－9）式中， L ——左聲道信號； R ——右聲道信號；ωS ——副載波的角頻率（fS＝38kHz）； P ——導(dǎo)頻信號電壓的振幅值（最大頻偏10％，即7.5kHz）。 從式中可知，這種立體聲復(fù)合信號包括三部分。第一部分即式中第一項是L與R之和M信號，它與單聲道廣播所含有的信息完全相同，其最大頻偏為單聲道廣播時最大頻偏的90％；第二部分即式中第二項是L與R之差S信號，調(diào)幅在頻率38kHz的副載波上，并將副載波擬制后留下的兩個邊帶波，同樣它的最大頻偏也為單聲道廣播時最大頻偏的90％；第三部分即式中第三項是為了在接收機(jī)中恢復(fù)38kHz副載波，從而準(zhǔn)確恢復(fù)差信號S而加入的頻率為19kHz且幅度適量的導(dǎo)頻信號，實際使用中導(dǎo)頻占用總頻偏的8～10％，約7.5kHz頻偏。用以上三部分信號對主載波信號調(diào)頻，總頻偏仍為75kHz，其中導(dǎo)頻信號固定占用7.5kHz，主、副信號合用90％，這樣便形成了導(dǎo)頻制立體聲調(diào)頻廣播信號。這種導(dǎo)頻制立體聲復(fù)合信號的頻譜如圖：圖1-3導(dǎo)頻制立體聲信號頻譜圖從頻率上由低到高排列依次是：第一段30Hz～15kHz和信號M，這也是調(diào)頻廣播單聲的整個頻帶，當(dāng)接收機(jī)為普通的單聲道收音機(jī)時，只解調(diào)這一段，此段以上部分只需簡單的低通濾波器濾除即可；第二段是單一頻率導(dǎo)頻19kHz，在接收端，解調(diào)出的導(dǎo)頻經(jīng)倍頻后變成38kHz，作為解調(diào)差信號的副載波；第三段是差信號S經(jīng)過調(diào)幅后形成的副信號，由于調(diào)幅的副載波是38kHz，最高調(diào)制音頻是15kHz，因此調(diào)幅產(chǎn)生的邊帶最低頻率為38－15＝23kHz，而最高頻率為38＋15＝53kHz，而38kHz的上下間隔就是調(diào)制音頻的最低音頻即2×30Hz，因此在接收端副載波是難以在副信號中濾出來的，所以在調(diào)制時擬制了副載波而加入了恢復(fù)此副載波的導(dǎo)頻信號。 由此可見，立體聲廣播關(guān)鍵是解決好調(diào)制前的信號處理，現(xiàn)在習(xí)慣稱這一過程為立體聲編碼，實現(xiàn)這一過程的設(shè)備就稱為立體聲編碼器（StereoCoder）。 隨著調(diào)頻廣播業(yè)務(wù)的拓展，利用調(diào)頻廣播頻帶寬的優(yōu)勢在調(diào)頻立體聲廣播的基礎(chǔ)上還增加了立體聲加附加信道廣播（即SCA）、調(diào)頻雙節(jié)目廣播等多種附加業(yè)務(wù)廣播（如RDS），這些廣播方式的增加只需改變在調(diào)頻激勵器之前調(diào)制信號的處理方法上，如最基本的立體聲編碼器＋SCA編碼器，或雙節(jié)目編碼器等，而發(fā)射機(jī)的其他組成部分不需改變。調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)系統(tǒng)組成一般來說，調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)在整個發(fā)射系統(tǒng)中是相對集中完整的一個主體。它包括有調(diào)頻激勵器、功率放大器、控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)等組成。如下圖所示。圖1-4調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)原理圖發(fā)射機(jī)除電源輸入外，最重要的就是音頻調(diào)制信號的輸入及載頻已調(diào)波的輸出，只有高質(zhì)量的節(jié)目信號，才能使高質(zhì)量的播出得到基本保證。這里可能涉及到信號的傳送、音頻處理器的處理等問題，發(fā)射機(jī)的輸出經(jīng)過饋線送到天線發(fā)射時，當(dāng)有多部發(fā)射機(jī)共塔或主備機(jī)交換問題時，還需經(jīng)過同軸開關(guān)切換或多工器組合送到天線，這中間的每一處連接都要求有嚴(yán)格的技術(shù)保證。目前傳統(tǒng)的調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)主要采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻技術(shù)和鎖相環(huán)穩(wěn)頻電路來實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)制的，最新的數(shù)字式調(diào)頻激勵器采用了數(shù)字信號處理技術(shù)，通過FPGA、DSP器件，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)調(diào)頻——頻率綜合器。本節(jié)重點介紹發(fā)射機(jī)中調(diào)頻激勵器和立體聲編碼器的工作原理，最后簡單說明對發(fā)射機(jī)以外配套系統(tǒng)的要求。調(diào)頻調(diào)制器實現(xiàn)調(diào)頻的方法可分為兩類，一類是直接調(diào)頻，另一類是間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是用調(diào)制信號電壓直接去控制自激振蕩器的振蕩頻率（實質(zhì)上是改變振蕩器的定頻元件），變?nèi)荻O管調(diào)頻便屬于此類。間接調(diào)頻則是利用頻率和相位之間的關(guān)系，將調(diào)制信號進(jìn)行適當(dāng)處理（如積分）后，再對高頻振蕩進(jìn)行調(diào)相，以達(dá)到調(diào)頻的目的。兩種調(diào)頻法各有優(yōu)缺點，直接調(diào)頻的穩(wěn)定性較差，但得到的頻偏大，線路簡單，故應(yīng)用較廣。間接調(diào)頻器的優(yōu)點是載波頻率比較穩(wěn)定，但電路較復(fù)雜，頻移小，且寄生調(diào)幅較大，通常需多次倍頻使頻移增加。對調(diào)頻器的基本要求是調(diào)頻頻移大，調(diào)頻特性好，寄生調(diào)幅小。調(diào)頻器廣泛用于調(diào)頻廣播、電視伴音、微波通信、鎖相電路和掃頻儀等電子設(shè)備。目前模擬的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)都采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻技術(shù)，即在工作于發(fā)射載頻的LC振蕩回路上直接調(diào)頻，采用晶體振蕩器和鎖相環(huán)路來穩(wěn)定中心頻率。較之中頻調(diào)制和倍頻方法，這種方法的電路簡單、性能良好、副波少、維修方便，是一種較先進(jìn)的頻率調(diào)制方案。

1.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理用調(diào)制信號直接控制振蕩器的瞬時頻率變化的方法稱為直接調(diào)頻法。如果受控振蕩器是產(chǎn)生正弦波的LC振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。將受到調(diào)制信號控制的可變電抗與諧振回路連接，就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，實現(xiàn)直接調(diào)頻?？勺冸娍蛊骷姆N類很多，其中應(yīng)用最廣的是變?nèi)荻O管。作為電壓控制的可變電容元件，它有工作頻率高、損耗小和使用方便等優(yōu)點。具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控制的可變電感元件。此外，由場效應(yīng)管或其它有源器件組成的電抗管電路，可以等效為可控電容或可控電感。直接調(diào)頻法原理簡單，頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。在正弦振蕩器中，若使可控電抗器連接于晶體振蕩器中，可以提高頻率穩(wěn)定度。圖1-5變?nèi)荻O管調(diào)頻原理圖變?nèi)荻O管調(diào)頻電路是有主振電路和調(diào)頻電路構(gòu)成，T為振蕩管，C1、C2、C3、L1為主振回路，D為變?nèi)荻O管，Cc為耦合電容隔離直流，C5為高頻濾波電容，C4為耦合電容，Cb為旁路電容。R1、R2為變?nèi)荻O管提供一個靜態(tài)反偏電壓，R3為隔離電阻，Rb1、Rb2、Re、Rc給三極管提供一個合適靜態(tài)工作點。設(shè)調(diào)制信號為uΩ(t)=UΩmcosΩt,加在二極管上的反向直流偏壓為VQ,VQ的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號時振蕩器的振蕩頻率等于要求的載波頻率,同時還應(yīng)保證在調(diào)制信號uΩ(t)的變化*圍內(nèi)保持變?nèi)荻O管在反向電壓下工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為：ｕr(t)=VQ+UΩmcosΩt根據(jù)上式可得，相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為(1)當(dāng)調(diào)制信號電壓uΩ(t)=0時，即為載波狀態(tài)。此時ｕr(t)=VQ，對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為CjQ(2)當(dāng)調(diào)制信號電壓uΩ(t)=UΩmcosΩt時,對應(yīng)的變?nèi)荻O管的結(jié)電容與載波狀態(tài)時變?nèi)荻O管的結(jié)電容的關(guān)系是：令ｍ=uΩ/(UD+VQ)為電容調(diào)制度,則可得上式表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的關(guān)系。而變?nèi)荻O管調(diào)頻器的瞬時頻率與調(diào)制電壓的關(guān)系由振蕩回路決定。無調(diào)制時，諧振回路的總電容為：；ＣQ為靜態(tài)工作點所對應(yīng)的變?nèi)荻O管節(jié)電容。當(dāng)有調(diào)制時，諧振回路的總電容為：C∑＝；回路的總電容的變化量為：△Ｃ＝C∑－CQ∑；頻偏△f與△Ｃ的關(guān)系:△f=1/2πf0*△Ｃ/CQ∑。由變?nèi)荻O管部分接入振蕩器振蕩回路的等效電路。調(diào)頻特性取決于回路的總電容C∑,而C∑可以看成一個等效的變?nèi)荻O管,C∑隨調(diào)制電壓uΩ（t）的變化規(guī)律不僅決定于變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj隨調(diào)制電壓uΩ（t）的變化,而且還與C1和C2的大小有關(guān)。因為變?nèi)荻O管部分接人振蕩回路,其中心頻率穩(wěn)定度比全部接入振蕩回路要高，但其最大頻偏要減小。2.變?nèi)荻O管工作原理變?nèi)荻O管又稱可變電抗二極管"。是一種利用PN結(jié)電容（勢壘電容)與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。所用材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。變?nèi)荻O管具有與襯底材料電阻率有關(guān)的串聯(lián)電阻。主要參量是：零偏結(jié)電容、零偏壓優(yōu)值、反向擊穿電壓、中心反向偏壓、標(biāo)稱電容、電容變化*圍（以皮法為單位）以及截止頻率等，對于不同用途，應(yīng)選用不同C和Vr特性的變?nèi)荻O管，如有專用于諧振電路調(diào)諧的電調(diào)變?nèi)荻O管、適用于參放的參放變?nèi)荻O管以及用于固體功率源中倍頻、移相的功率階躍變?nèi)荻O管等。變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓大小而變化的原理設(shè)計的一種二極管。它的極間結(jié)構(gòu)、伏安特性與一般檢波二極管沒有多大差別。不同的是在加反向偏壓時，變?nèi)荻艹尸F(xiàn)較大的結(jié)電容。這個結(jié)電容的大小能靈敏地隨反向偏壓而變化。正是利用了變?nèi)荻O管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會隨調(diào)制信號電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的。已知，結(jié)電容Cj與反向電壓VR存在如下關(guān)系：圖1-6變?nèi)荻O管符號及電容公式加到變?nèi)莨苌系姆聪螂妷?，包括直流偏壓VQ和調(diào)制信號電壓VΩ(t)=VΩcosΩt，如圖1-7所示，即VR(t)=VQ+VΩcosΩt此外假定調(diào)制信號為單音頻信號，結(jié)電容在VR(t)的控制下隨時間發(fā)生變化。圖1-7用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容把受到調(diào)制信號控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率亦受到調(diào)制信號的控制。適當(dāng)選擇變?nèi)荻O管的特性和工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化近似地與調(diào)制信號成線性關(guān)系，這樣就實現(xiàn)了調(diào)頻。3.LC振蕩電路工作原理LC三點式振蕩組成原理圖如圖1-8，其振蕩頻率f=。當(dāng)*1和*2為容性，*3為感性時稱為電容反饋振蕩器，其中C=；當(dāng)*1和*2為感性，*3為容性時稱為電感反饋振蕩器，其中L=L1+L2。當(dāng)我們相應(yīng)變化電容值時就能使頻率作出相應(yīng)的變化，以達(dá)到調(diào)頻的目的。圖1-8三點式振蕩電路組成3.1電容三端反饋振蕩電路圖1-9電容三端反饋振蕩電路交流電路對于一個振蕩器，當(dāng)其負(fù)載阻抗及反饋系數(shù)已經(jīng)確定的情況，靜態(tài)工作點的位置對振蕩器的起振以及穩(wěn)定平衡狀態(tài)（振幅大小，波形好壞）有著直接的影響。要想起振，首先三極管應(yīng)該工作在靜態(tài)工作點。電路應(yīng)選擇合適的靜態(tài)工作點的位置。電容三端反饋振蕩電路利用電容C3和C2作為分壓器，該電路滿足相位條件，選取合適時滿足振幅起振條件，即：，該電路就可振蕩?？傻玫秸袷庮l率近似為：式中：C是振蕩回路的總電容。該電路與電感三端反饋振蕩電路相比，輸出波形較好，波形更接近正弦波。適當(dāng)?shù)丶哟箅娐冯娙?，就可減弱不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響，從而提高電路的穩(wěn)定度。這種振蕩電路的特點是振蕩頻率可做得較高，一般可達(dá)到100MHz以上，由于C3對高次諧波阻抗小，使反饋電壓中的高次諧波成分較小，因而振蕩波形較好。電路的缺點是頻率調(diào)節(jié)不便，這是因為調(diào)節(jié)電容來改變頻率時，（既使C1、C2

采用雙連可變電容）C1與C2也難于按比例變化，從而引起電路工作性能的不穩(wěn)定。因此，該電路只適宜產(chǎn)生固定頻率的振蕩。3.2電感三端反饋振蕩電路圖1-10電感三端反饋振蕩電路等效交流電路由于L1與L2之間有互感的存在，所以容易起振。其次改變回路電容來調(diào)整頻率時，基本上不影響電路的反饋系數(shù)。它的輸出振蕩波形較差,這是由于反饋電壓取自電感的兩端,而電感對高次諧波的阻抗較大,不能將它短路,從而使Uf中含有較多的諧波分量,因此,輸出波形中也就含有較多的高次諧波。工作頻率愈高，分布參數(shù)的影響也愈嚴(yán)重，甚至可能使F減小到滿不了起振條件。電感三端反饋振蕩電路利用電感L1和L2作為分壓器，該電路滿足相位條件，選取合適時滿足振幅起振條件，即：，該電路就可振蕩?？傻玫秸袷庮l率近似為：式中：L=L1+L2+2M是振蕩回路的總電容。4.鎖相穩(wěn)頻技術(shù)對于變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路來說，由于調(diào)制器是由普通的LC自激振蕩器和并聯(lián)的變?nèi)荻O管組成，所以有很多因素會引起振蕩頻率發(fā)生變化，這些因素包括變?nèi)荻O管的非線性、電源電壓的變動、負(fù)載的變化、溫度等環(huán)境條件的變化、電路元器件老化、機(jī)械振動等。為了消除這些導(dǎo)致中心頻率不穩(wěn)定的因素，除了注意電路和結(jié)構(gòu)的設(shè)計外，還應(yīng)當(dāng)采用自動相位控制電路使中心頻率穩(wěn)定在規(guī)定*圍以內(nèi)。

圖1-11是典型的鎖相穩(wěn)頻電路的結(jié)構(gòu)框圖。共包括五個部分：壓控振蕩器、鑒相器、低通濾波器、基準(zhǔn)晶體振蕩器和分頻器。放大的調(diào)制信號加入壓控振蕩器，對其進(jìn)行頻率調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制的高頻信號一路送至后面的放大電路，另一部分送入分頻器進(jìn)行分頻。分頻器輸出的方波信號送入鑒相器中，與基準(zhǔn)晶體振蕩器經(jīng)過分頻后得到的基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，實現(xiàn)相位鎖定。鑒相器的輸出信號經(jīng)過環(huán)路濾波器送入壓控振蕩器中，控制壓控振蕩器的振蕩頻率，從而達(dá)到穩(wěn)定頻率的目的。圖1-11鎖相穩(wěn)頻電路框圖由于調(diào)頻的結(jié)果使壓控振蕩器輸出信號的瞬時頻率總是偏離其基準(zhǔn)值，而環(huán)路的功能就是要抑制這種頻偏，這就產(chǎn)生了一個矛盾。為了解決這個矛盾，應(yīng)該使調(diào)制信號的頻譜處于環(huán)路通帶之外，也就是需要在鑒相器和壓控振蕩器之間加一個低通濾波器，將其濾除。環(huán)路只對引起壓控振蕩器平均中心頻率不穩(wěn)定的那一部分起作用，也就是說，已調(diào)信號在中心頻率附近很小的一個頻偏*圍內(nèi)變化。二、立體聲編碼器 立體聲編碼器是激勵器中功能獨立的一個單元，最初因為體積較大，通常做成一個單獨的小盒，現(xiàn)在由于電路改進(jìn)，元件小型化，整個編碼器可做成手掌般大小，因此常作為激勵器的可選件。 我國以及世界上絕大多數(shù)國家采用了調(diào)頻－調(diào)幅導(dǎo)頻制調(diào)頻立體聲廣播制式，其中的調(diào)幅就是指在立體聲編碼器中對左、右聲道信號之差L－R采用調(diào)幅方式調(diào)制在38kHz的副載波上，簡稱為調(diào)頻－調(diào)幅式，因為這種制式的另一特點是在復(fù)合信號中加入了導(dǎo)頻，因此也稱為導(dǎo)頻制。如果將左、右聲道之差L－R用調(diào)頻方式調(diào)制在副載波上，就稱為調(diào)頻－調(diào)頻制式，這是瑞典研制的方式，它的優(yōu)點是左、右聲道間的串音衰減可以做到60dB，因此立體聲分離度極好，但這種制式電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的造價較高。 在導(dǎo)頻制的立體聲編碼器中，根據(jù)前面已得出的結(jié)論，即立體聲復(fù)合信號的表達(dá)式如下：式（1－9）式（1－9） 立體聲編碼器所實現(xiàn)的功能就是要把左、右聲道的音頻信號經(jīng)過處理變成式（1－9）要求的形式，如果根據(jù)電路功能細(xì)分，可分解成如下功能電路：15kHz低通濾波和預(yù)加重功能一般都設(shè)計在左、右聲道信號輸入電路中，15kHz的低通濾波器要濾除15kHz以上的頻率成分，而保證帶內(nèi)平坦?，F(xiàn)在許多濾波器可以用厚膜集成電路來實現(xiàn)，比原始的電感電容組成的濾波器體積大大減?。活A(yù)加重電路一般提供兩種時間常數(shù)50us和75us，中國選用50us而歐洲一般選用75us。電路有無源與有源兩種形式，在測試發(fā)射機(jī)頻響時應(yīng)關(guān)掉預(yù)加重功能。導(dǎo)頻產(chǎn)生電路和導(dǎo)頻相位/電平調(diào)節(jié)電路立體聲復(fù)合信號中的導(dǎo)頻信號一般是從副載波頻率分頻取得，經(jīng)過濾波成為單一正弦波，經(jīng)過相位調(diào)節(jié)電路和電平調(diào)節(jié)電位器后用加法器混入主、副信號產(chǎn)生的調(diào)幅信號中，其中電平調(diào)節(jié)是控制導(dǎo)頻信號在復(fù)合信號中占到規(guī)定的8～10％比例。而相位調(diào)節(jié)是影響調(diào)頻發(fā)射機(jī)整機(jī)立體聲分離度指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一。導(dǎo)頻相位差如果大于3°，發(fā)射機(jī)的立體聲分離度指標(biāo)就不會理想。復(fù)合信號中第一項與第二項的產(chǎn)生根據(jù)先后研制并使用的立體聲編碼器采用的電路形式，可以歸結(jié)為四種方式，以下介紹各自主要特點和實現(xiàn)的基本原理：（1）矩陣方式立體聲編碼器這是最原始的一種方式，電路原理簡單，容易理解，但調(diào)試?yán)щy，性能指標(biāo)較差。它的框圖如下圖：圖1-12矩陣方式立體聲編碼器框圖低通濾波器和預(yù)加重電路是各種方式中原理相同的部分，矩陣方式最大特點就是通過矩陣電路，先得到左、右兩路信號的和、差信號，然后將差信號對副載波進(jìn)行擬制載波的平衡調(diào)幅，并通過濾波器濾除三次以上的頻率成分，從而得到公式中的第二項。因為經(jīng)過調(diào)制的副信號要通過濾波器而產(chǎn)生了不可避免的相移，因此，主信號也要相應(yīng)地設(shè)置一個相移補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，盡可能使兩路信號相移保持一致。實踐證明，矩陣方式立體聲編碼器原理簡單，實現(xiàn)器件均為常見的模擬元件，如主要是變壓器、二極管、LC濾波器等，但是這種方式難以獲得好的立體聲分離度指標(biāo)，尤其是高端頻率，由于變壓器、濾波器、相移電路的使用，使得調(diào)試相當(dāng)困難，影響分離度的主要因素是主信號和副信號兩路的相移差和幅度差。（2）硬開關(guān)方式立體聲編碼器這種方式的理論基礎(chǔ)建立在脈沖序列信號的富氏級數(shù)分析上，它是讓左、右路信號分別通過重復(fù)頻率為38kHz的開關(guān)，形成一組脈沖序列；當(dāng)重復(fù)頻率為fS（副載波頻率38kHz），占空比為50％的方波脈沖序列，幅度為1時，富氏級數(shù)展開式為：式（1－10）式（1－10）假設(shè)以此信號作為左路信號的取樣脈沖，用其反向脈沖作為右路信號的取樣脈沖，可表示為：式（1－11）式（1－11）用fL(t)、fR(t)兩開關(guān)信號分別對左右路信號L、R進(jìn)行取樣，然后相加，并濾去三次以上各式（1－12）次諧波后得：式（1－12）可以看到只要對主信號進(jìn)行適當(dāng)電平幅度補(bǔ)償使其幅度為即可消除主、副信號的幅度差，而這是很方便作到的。這種方式唯一的缺陷就是三次諧波的最低頻率為38×3－15=99（kHz），仍要通過濾波器去濾除，而這一濾波器又難免對復(fù)合信號的高端53kHz產(chǎn)生相移影響，因此對高端的分離度提高形成限制，但可滿足一般技術(shù)性能要求，過去用的較多。圖1-13開關(guān)方式構(gòu)成復(fù)合信號的波式圖（無導(dǎo)頻）圖1-13中，(a)左聲道信號開關(guān)取樣脈沖，fL(t)(b)左聲道信號L(c)取樣后的左聲道信號，L×fL(t)(d)右聲道信號開關(guān)取樣脈沖，fR(t)(e)右聲道信號R(f)取樣后的右聲道信號，R×fR(t)(g)取樣后的左、右聲道信號之和，L×fL(t)+R×fR(t)(h)濾除高次諧波后的左、右聲道信號取樣之和圖1-14開關(guān)方式形成立體聲復(fù)合信號的原理及波形（3）數(shù)字頻率合成調(diào)制法（DSM） 實際上這一方式是開關(guān)編碼方式的延續(xù)，只不過它分別利用38kHz和114kHz開關(guān)取樣所產(chǎn)生的奇次諧波，巧妙的將副載波的三次諧波項互相抵消，從而將濾波器的最低濾除頻率從99kHz提高到38×5－15＝175（kHz），這樣便大大減小了濾波器對副信號的相移影響，使立體聲分離度指標(biāo)保持在50dB以上。是比較常使用的一種方式。因為這一方式主要依靠取樣脈沖同頻項相抵消為目的，因此對38kHz和114kHz的取樣脈沖必須保證相位準(zhǔn)確同步。用數(shù)學(xué)方式能更好地理解這一過程:用重復(fù)頻率分別為f1=38kHz(w)，f3=114kHz(3ω)的矩形脈沖同時對信號取樣，其輸出分別為：式（1－13）式（1－13）式（1－14）式（1－14）式（1－15）式（1－15）式（1－13）與式（1－15）相加得：式（1－16）式（1－16）（4）"軟”開關(guān)方式立體聲編碼器 以上介紹的三種方式從原理和實現(xiàn)方法都比較容易理解，尤其是第三種方式也比較實用。對于要求很高的系統(tǒng)，那就只能用這種稱為"軟”開關(guān)方式的編碼器。"軟”開關(guān)編碼利用了更深更復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析，它不是用簡單的等幅脈沖對信號取樣，而是用開關(guān)脈沖序列形成一個近似的余弦波形，這樣便不僅從時間上，而且從幅度上也都有著更嚴(yán)格的要求。簡單的說，它是這樣來實現(xiàn)的，它是把副載波38kHz的一個周期從時間上均分為14段，再從幅度上用8個幅度水平來近似模擬38kHz的余弦波形，這8個幅度水平分別由8個模擬開關(guān)對應(yīng)各自的信號分壓比，其導(dǎo)通順序按照余弦波形要求以頻率為532kHz的速率循環(huán)導(dǎo)通，最終形成如下信號： 可見需要濾除的頻率成份從數(shù)字頻率合成方式的190kHz提高到13×38＝494kHz，并且幅度相對要小得多，這樣只需很簡單的濾波器即可實現(xiàn)濾波。幅度的補(bǔ)償相對很容易作到，因此經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計、仔細(xì)調(diào)試后的"軟”開關(guān)編碼方式可以保證立體聲分離度指標(biāo)在60dB以上，是目前最好的編碼器方式。 由于其計算、推導(dǎo)過程復(fù)雜，這里僅作此簡單介紹。 從以上四種編碼方式可以看到一個趨勢，由于第一種矩陣方式還建立在模擬元件上，因此便很早遭到淘汰，硬開關(guān)方式最初還是用分立器件制作的，隨著數(shù)字集成電路的迅猛發(fā)展，可以很方便的搭建數(shù)字頻率合成方式的編碼器，它因成本低、性能較好而得到普遍使用。現(xiàn)在更有將編碼電路系統(tǒng)集成的作法，使編碼器的制造調(diào)試越來越簡化。圖1-1514級軟開關(guān)編碼器的副載波波形三、調(diào)頻激勵器調(diào)頻激勵器的原理框圖如下： 調(diào)頻激勵器是調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中最重要的組成部分，也是相對獨立的一個部分，可跟據(jù)不同的機(jī)型或用戶的具體要求進(jìn)行配置。廣播發(fā)射機(jī)的電氣性能指標(biāo)基本上都由激勵器決定，因此激勵器電性能指標(biāo)的好壞，就決定了整機(jī)的電性能指標(biāo)好壞。隨著對廣播節(jié)目質(zhì)量的要求越來越高，近年來出現(xiàn)了數(shù)字調(diào)頻激勵器，它采用了最新的數(shù)字電路技術(shù)，調(diào)制信號就是全新的數(shù)字音頻，通過內(nèi)部全數(shù)字立體聲編碼器和調(diào)制器，使調(diào)頻信噪比和立體聲分離度、諧波失真等電性能指標(biāo)有很大提高，但隨之而來就是其價格也相當(dāng)昂貴。對于要求很高的大功率發(fā)射機(jī)來說，可以選配高性能的數(shù)字調(diào)頻激勵器。 對調(diào)頻激勵器而言，它的基本功能就是產(chǎn)生一個調(diào)頻載波信號，并通過適當(dāng)?shù)墓β史糯笞鳛榧钚盘?，去推動調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的末級功率放大器工作。所以它的激勵輸出功率一般為15W～30W，因此，它本身就可以作為一臺小型調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)使用。無論是何種型號的調(diào)頻激勵器，它的基本組成部分都包括有：音頻輸入單元、立體聲編碼器、調(diào)頻調(diào)制器、功放單元、監(jiān)測/顯示單元和供電系統(tǒng)等。音頻輸入單元的主要功能是對輸入的音頻信號進(jìn)行預(yù)處理，以適應(yīng)調(diào)頻激勵器輸入的音頻信號對載波信號調(diào)制的要求。它的主要電路包括有：音頻輸入阻抗選擇、音頻輸入信號調(diào)整、預(yù)加重電路、限幅器電路、立體聲/單聲切換及SCA/RDS等雙節(jié)目信號輸入接口等。立體聲編碼器和調(diào)頻調(diào)制器的原理在上節(jié)已作過介紹，在不同類型的調(diào)頻激勵器當(dāng)中，這一部分具體的電路雖然各不相同，但工作的原理是一樣的。掌握了原理后，對具體電路的理解就比較容易些。監(jiān)測/顯示單元部分，不同的產(chǎn)品在使用方法上也是各不相同，有的產(chǎn)品其智能化程度較高，操作方便簡單，容易掌握。主要的工作狀態(tài)如頻率、輸出功率、音頻信號大小、電壓/電流等參數(shù)的顯示也方便用戶察看。相同之處就是作為調(diào)頻激勵器，它的主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)都要符合國標(biāo)GY/T169—2001《米波調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)要求和測量方法》的基本要求。下面是*型號調(diào)頻激勵器的主要技術(shù)參數(shù)：（以供參考）調(diào)頻激勵器主要技術(shù)參數(shù)RF頻率*圍87MHz～108MHz步進(jìn)10kHz輸出功率0～額定功率連續(xù)可調(diào)輸出阻抗50ΩRF輸出連接器N或L1650Ω殘波輻射≤1mW，并低于載波功率60dB寄生調(diào)幅＜-50dB（無調(diào)制）載頻允許偏差±200Hz頻率穩(wěn)定度優(yōu)于1×10-6調(diào)制頻偏75kHz(100%調(diào)制)，最大調(diào)制能力100kHz音頻輸入電平-10dBm～+10dBm步進(jìn)1dBm音頻預(yù)加重0μs、50μs、75μs可選頻率響應(yīng)＜±0.5dB（30Hz～15000Hz1kHz為基準(zhǔn)）左右聲道電平差＜0.5dB（30Hz～15000Hz）立體聲分離度≥45dB（30Hz～15000Hz）信噪比≥70dB（1kHz，100%調(diào)制）失真度＜0.3%（30Hz～15000Hz，100%調(diào)制）導(dǎo)頻頻率19kHz±0.1Hz音頻輸入阻抗600Ω平衡電源電壓AC～220V±20%50Hz/60Hz±5Hz機(jī)箱標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)箱尺寸2U（500mm×484mm×88mm）整機(jī)重量13kg溫度*圍-10℃～+45℃相對濕度＜95%海拔高度＜4500m其他技術(shù)指標(biāo)滿足GY/T169—2001《米波調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)要求和測量方法》目前使用較多的PT*-30/LCD型調(diào)頻激勵器是意大利RVR公司出品的一款性能較好、工作穩(wěn)定、操作方便、價格適中的普及型激勵器，它的發(fā)射頻率可以在87.5～108MHz*圍內(nèi)變動設(shè)定，步進(jìn)為10KHz，操作很方便。末級功率放大是寬帶設(shè)計，最大輸出30W，因此激勵器需要更換頻率和調(diào)整功率及各參數(shù)設(shè)置時，只需轉(zhuǎn)動面板上的編碼旋紐開關(guān)，其他部分則無需調(diào)整。作為調(diào)頻立體聲廣播使用時，音頻輸入采用兩路平衡輸入（也可以從輔助輸入端直接輸入立體聲復(fù)合信號），另外還備有數(shù)字音頻輸入和附加業(yè)務(wù)信道輸入口，即SCA/RDS輸入口，可滿足多種發(fā)射的需要。四、數(shù)字調(diào)頻激勵器模擬調(diào)制的調(diào)頻激勵器技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是受變?nèi)荻O管特性的限制，模擬調(diào)制激勵器的調(diào)制碼速率較低、調(diào)制頻偏較小、調(diào)制方式不可重組、單個系統(tǒng)調(diào)制頻率不可改變，無法滿足更高信號質(zhì)量的需求。而數(shù)字調(diào)頻激勵器是從音頻到射頻全過程數(shù)字化信號處理的調(diào)頻廣播激勵器，是基于軟件無線電技術(shù)的數(shù)字調(diào)制廣播發(fā)射機(jī)。采用可編程器件可實現(xiàn)調(diào)制重組、兼容多種調(diào)制方式、調(diào)制頻率可變、頻偏可調(diào)，還可以與采編器合并，擴(kuò)展性強(qiáng)。數(shù)字化通信具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸可靠性高、便于進(jìn)行數(shù)字信號的存儲和處理、易于集成化和微型化等優(yōu)點，成為今后調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的發(fā)展主流。目前數(shù)字調(diào)頻激勵器都采用了較新的數(shù)字信號處理器（DSP）和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件，針對立體聲編碼和頻率調(diào)制的特點通過軟件編程來實現(xiàn)調(diào)頻廣播的各種功能。FPGA是一種可由用戶自行定義和配置的高容量的專用集成電路，由許多較小的邏輯單元組成內(nèi)部陣列。隨著集成技術(shù)的飛速發(fā)展，F(xiàn)PGA的規(guī)模越來越大，功能越來越好，已廣泛地應(yīng)用于廣播通信領(lǐng)域。數(shù)字調(diào)頻激勵器可接入數(shù)字音頻信號（AES/EBU）或模擬音頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，對音頻信號的處理、立體聲編碼均由DSP（數(shù)字信號處理器）來完成，而頻率調(diào)制過程DSP控制DDS技術(shù)（直接數(shù)字頻率合成器）來完成，實現(xiàn)了調(diào)制過程的全數(shù)字化。最后離散的數(shù)字調(diào)頻波再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生常規(guī)的調(diào)頻載波信號，以供功率放大器放大到指定的功率輸出。簡稱"DSP+DDS”技術(shù)。與模擬的調(diào)頻激勵器相比，所具有的優(yōu)勢明顯：改善了音質(zhì)，使調(diào)頻廣播的音質(zhì)接近CD的水平。提高了廣播發(fā)射機(jī)的可靠性，容易實現(xiàn)準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷。數(shù)字調(diào)頻激勵器的原理框圖如下：模擬信號輸入LR數(shù)字信號處理器（模擬信號輸入LR數(shù)字信號處理器（DSP）（數(shù)字濾波、數(shù)字延時、導(dǎo)頻發(fā)生、立體聲編碼、數(shù)字預(yù)加重等）模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）直接數(shù)字頻率合成（DDS）（數(shù)字調(diào)頻）AES/EBU接口電路數(shù)字信號輸入AES/EBU接口電路數(shù)字信號輸入帶通濾波器帶通濾波器電平調(diào)節(jié)及放大微處理器（MCU電平調(diào)節(jié)及放大微處理器（MCU）電源電路電源電路功率放大器功率放大器FM輸出RS485/232接口FM輸出RS485/232接口液晶顯示器低通濾波器低通濾波器數(shù)字調(diào)頻激勵器工作原理：圖中可以看出激勵器主要由音頻信號輸入單元、數(shù)字信號處理單元、數(shù)字調(diào)頻調(diào)制及帶通濾波單元、功率穩(wěn)定放大及低通濾波單元、人機(jī)接口控制及通信單元以及電源電路單元等六大模塊單元組成。音頻信號輸入單元負(fù)責(zé)接收模擬音頻輸入信號和數(shù)字音頻（AES/EBU）輸入信號，模擬音頻信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）成數(shù)字音頻后送入DSP，而數(shù)字信號則直接送入DSP，由DSP決定選擇哪種信號作為輸入音頻信號。數(shù)字信號處理單元是本激勵器的關(guān)鍵模塊單元，其核心為一高性能550MHz數(shù)字信號處理器（DSP），該DSP在軟件的控制下對輸入的數(shù)字音頻信號進(jìn)行增益調(diào)整、數(shù)字濾波、數(shù)字預(yù)加重、數(shù)字導(dǎo)頻發(fā)生、數(shù)字立體聲編碼后產(chǎn)生立體聲復(fù)合信流，通過運(yùn)算將此碼流以調(diào)頻方式調(diào)制到激勵器基頻碼流上，從而形成數(shù)字調(diào)頻碼流信號，此碼流被送入1000MHz直接數(shù)字頻率合成器（DDS），形成調(diào)頻射頻信號。數(shù)字調(diào)頻調(diào)制及帶通濾波單元的核心部件為一直接數(shù)字頻率合成器（DDS），它接收DSP輸出的數(shù)字調(diào)頻碼流信號，通過內(nèi)部的直接頻率合成器形成數(shù)字調(diào)頻射頻信號，經(jīng)內(nèi)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）形成模擬調(diào)頻已調(diào)波信號，再經(jīng)帶通濾波器后得到純凈的調(diào)頻射頻信號。功率穩(wěn)定放大及低通濾波單元為一帶閉環(huán)控制的反饋式（AGC）調(diào)頻射頻功率放大器及低通濾波電路?？纱_保輸出功率在設(shè)定的功率上長期穩(wěn)定運(yùn)行。人機(jī)接口控制及通信單元采用一塊高性能片上系統(tǒng)（SOC）微處理器完成激勵器的人機(jī)接口、運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、報警保護(hù)、對外通信等功能。各種操作命令由鍵盤輸入、由大屏幕液晶器和狀態(tài)指示燈實時顯示發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)。通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串口通訊接口（或其他接口）與遠(yuǎn)程計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以實現(xiàn)遙控五、節(jié)目源的傳送節(jié)目源的獲得根據(jù)各電臺的節(jié)目方式不同而采用多種形式，一般主要是解決好節(jié)目編播處到發(fā)射臺發(fā)射機(jī)的輸入這一段的節(jié)目傳輸。對于固定的工作模式，一般可采用電纜傳輸，而對于現(xiàn)場直播等臨時工作模式，可采用的手段則有多種，無線傳輸STL方式（轉(zhuǎn)播車現(xiàn)場播出時采用小調(diào)頻把節(jié)目傳送到發(fā)射臺）、采用衛(wèi)星節(jié)目收轉(zhuǎn)等，現(xiàn)在正在興起用ISDN專用設(shè)備可獲得非常理想的效果。但是不論采取哪種方式，對節(jié)目的電性能要求是相同的，即：1、要保證輸入到發(fā)射機(jī)的信號電平大小符合要求，這樣才能保證合適的調(diào)制度，使播出最為有效；2、使節(jié)目在制作、傳輸過程中引入的干擾噪聲盡可能??；3、與發(fā)射機(jī)相連時，保證連接正確、阻抗正確和相位正確。假如阻抗不正確時，可能使調(diào)制度不足或影響音頻指標(biāo)，當(dāng)左、右路平衡輸入線相位接反時，普通單聲接收機(jī)接收的和信號將會是左、右聲道抵消后的差信號。另外需要指出的是，如果節(jié)目源是立體聲復(fù)合信號，則可以直接送入激勵器而不需要解調(diào)后再送入。為了使信號調(diào)制穩(wěn)定，發(fā)射效果好，建議在發(fā)射機(jī)上增加高性能音頻處理器，實踐證明好的音頻處理器可大大改善發(fā)射效果。4、目前許多激勵器都配有數(shù)字音頻輸入接口（AES/EBU接口），具備條件的可采用數(shù)字音頻輸入的方式，信號傳輸抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。調(diào)頻廣播的天饋系統(tǒng)一、調(diào)頻廣播的覆蓋特點調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)最后需要通過天線向外發(fā)射，天線可以將饋線送來的導(dǎo)行波的能量轉(zhuǎn)換成空間傳播的電磁波的能量。均勻的向周圍輻射電磁波能量，也可以向特定方向的空域輻射電磁波能量。調(diào)頻廣播所使用的頻段在87～108MHz,屬甚高頻頻段（VHF）。由于頻率較高，沿著地面?zhèn)鞑サ牡夭ㄋp太快，不能形成服務(wù)區(qū)。向天空輻射的電波則穿透所有的電離層，一般也不能被反射回地面，即也沒有天波,因此調(diào)頻廣播如同電視廣播一樣，是靠空間波來進(jìn)行覆蓋的，我們也稱為視距傳播或直線傳播。其電波的傳播遵從"反射定律”，即在接收點的場強(qiáng)是天線發(fā)射的直射波與經(jīng)地面反射后到達(dá)的反射波的合成場強(qiáng)。調(diào)頻廣播的覆蓋*圍一般只能在發(fā)射天線的視距D之內(nèi)：（m）式中：H-發(fā)射天線中心離地面的高度（m）:T-接收天線離地面的高度（m）。在視距之外，電波的傳播遵從繞射定律。由于甚高頻電波的繞射能力很差，繞射場強(qiáng)將急劇衰減，基本上不能形成服務(wù)區(qū)。為了增加調(diào)頻電臺的服務(wù)半徑，除可增加有效輻射功率(ERP)以外，更重要的是通過提高發(fā)射天線離地面的高度（H）來實現(xiàn)。所以調(diào)頻天線一般安裝在高山臺或高塔上。但發(fā)射天線的高度也受到一定條件的限制，一是高塔的造價較高，二是不允許引起對其它調(diào)頻臺的同（鄰）頻干擾。所以說，一個調(diào)頻臺的有效輻射功率(ERP)及發(fā)射天線的高度(H)和使用的發(fā)射頻率一樣，都要得到無線電管理委員會的批準(zhǔn)。調(diào)頻廣播在我國可按電臺的要求選用水平極化波、垂直極化波或者圓極化波。因為一套調(diào)頻廣播節(jié)目所占用的頻帶相對較窄，調(diào)頻天線的頻帶可以做的較寬。所以當(dāng)一個電臺需要播出幾套調(diào)頻節(jié)目時，往往可通過調(diào)頻多工器來實現(xiàn)，用一副天線來完成多套節(jié)目的發(fā)射，就是通常所說的一塔多頻。在實現(xiàn)一塔多頻的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)對該天饋線系統(tǒng)的帶寬及功率容量提出相應(yīng)的要求。

二、常用的幾種調(diào)頻天線調(diào)頻廣播電臺可以根據(jù)自己的的節(jié)目套數(shù)、帶寬、發(fā)射機(jī)的功率、天線極化方式、塔高及其結(jié)構(gòu)尺寸等條件，以及覆蓋*圍的要求，可選用不同形式的發(fā)射天線。目前針對各級調(diào)頻廣播電臺所使用的常用的天線有以下幾種。1、蝙蝠翼天線

蝙蝠翼天線無論在調(diào)頻臺還是電視臺都普遍采用過這種發(fā)射天線、其外形及饋電方式如圖1-1所示。它是一種水平極化天線，頻帶較寬（87-108MHz），風(fēng)荷載較小，結(jié)構(gòu)比較簡單。它每一層都有4個振子翼相互垂直的安裝在桅桿的四周形成兩對正交的對稱振子，因此在水平面內(nèi)它基本上是作無方向性輻射。由于鐵塔的桅桿直徑不大（一般在0.1--0.2λ),所以該天線的水平面方向圖的圓度相當(dāng)好（約1-2dB），為獲得垂直面內(nèi)較強(qiáng)的方向性、往往系采用多層的蝙蝠翼天線。其層數(shù)根據(jù)增益需要及桅桿的機(jī)械強(qiáng)度等因素確定，中小功率調(diào)頻臺一般用2--4層。

這種天線的優(yōu)點雖然很多但由于它必須安裝在大型桅桿之上，也就是說安裝在鐵塔的頂部，若該鐵塔還要安裝分米波電視UHF天線等，把天線安裝在它的上面或下邊都會給兩副天線的安裝和維護(hù)造成相當(dāng)大的困難。尤其是在要求兩副天線的增益（層數(shù)）比較多、功率比較大的情況下一般把調(diào)頻天線改為其它形式，如單偶極子或雙偶極子天線。2、雙偶極子板天線如圖2-1所示雙偶極板天線由平行的相距λ／2的兩對半波偶極子及反射板組成。半波偶極子的材料為鋁合金或不透鋼管。中間有聚四氟乙稀絕緣，并帶有玻璃鋼保護(hù)罩。反射板由鍍鋅鋼管或不透鋼管焊接而成，以減少天線的風(fēng)荷。由于振子后面的反射板的作用、雙偶極板天線是一種有較強(qiáng)方向性的天線、其方向圖如圖2-2示。其半場強(qiáng)角寬度均為90度左右，因而可通過四面組合安裝在鐵塔的四個則面，采用偏置及90度相差饋電的方式，獲得較好的水平面無方向性的方向圖（圓度∠3dB），阻抗匹配方面也得到很好的改善。當(dāng)然也很容易通過不同面數(shù)的組合在不同方向安裝不同數(shù)量的雙偶極子板天線單元，得到各種需要的水平面方向圖。同時雙偶極板天線視其安裝方式可作為水平極化天線或者作為垂直極化天線使用。這就是這種天線得以普遍采用的，尤其在大中型的廣播電視塔上多被采用的原因。調(diào)頻雙偶極子板天線單元的主要參數(shù)1、工作頻帶：87-108MHz2、極

化：水平或垂直3、輸入阻抗：50Ω4、駐波比：≤1.15(在整個頻帶）5、增益：7.5dB6、輸入接頭：L27

L36

LF45（7/8ELA）7、功率容量：≤2.5KW3、單偶極子天線

單偶極子天線是一種簡易的垂直極化天線?？梢杂迷谡麄€調(diào)頻廣播的頻段，如圖3—1所示，一個天線含有一對半振子及其饋電系統(tǒng)（帶平衡轉(zhuǎn)換器）均用鋁合金管做成。通常是在垂直方向（振子軸線方向），放置2個或4個這樣的單偶極子，加上它們的支撐物（鋼管）構(gòu)成一副調(diào)頻天線，它輻射的是垂直極化波。由于可通過安裝多層天線單元，（層距一般為0、7--0、8λ），從而在垂直面內(nèi)獲得較強(qiáng)的方向性，因而天線可以有相當(dāng)?shù)脑鲆?，在水平面?nèi)側(cè)基本是作無方向性的輻射。但是因受其支持物鋼管和鐵塔的本身的影響其水平面方向圖不可能是理想的圓。單偶極子天線的輸入阻抗50Ω，也是采用50Ω的分支電纜及相應(yīng)的功分器給各個天線單元饋電。單個天線單元的駐波比≤1.2（整個調(diào)頻段），不如調(diào)頻雙偶極扳天線好，但因其價格較低，容易安裝，方向性好，被許多調(diào)頻臺使用。單偶極子天線在出廠之前，可根據(jù)用戶的具體工作頻率，將其駐波比調(diào)的更好一些（如達(dá)到SWR≤1.1）。因此此類天線的實際使用效果是不錯的。三、功率分配器功率分配器(簡稱功分器)，它是天線的重要組成部分，是連接饋線與天線振子的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其作用是將輸入功率按一定比例(通常是相等地)分配到它的各個輸出支路端口，同時在輸入及所有輸出端口都與所接饋線的特性阻抗保持極好的阻抗匹配。功分器由一組同軸的阻抗變換線及其相應(yīng)的輸入、輸出接口組成。這是因為功分器的輸入一般為50Ω，而輸出端并聯(lián)后的阻抗因端口的數(shù)量及所接分支電纜的特性阻抗不同而不同，因此在輸入、輸出端口之間必定要有阻抗變換，所以有人將它叫變阻器。功分器中的阻抗變換線一般都是多節(jié)(2—4節(jié))的λ/4阻抗變換線。其節(jié)數(shù)(總長度)是按輸入、輸出阻抗變換比及對工作帶寬、駐波比的要求而選定的。當(dāng)阻抗變換比一定時、變換線的節(jié)數(shù)越多，其功分器的頻帶越寬，駐波比的指標(biāo)越好。當(dāng)然這個功分器也就越長越貴。變換線中每節(jié)饋線的特性阻抗可按二項式分布阻抗變換電路或者按切比雪夫阻抗變換電路的公式進(jìn)行計算。然后再按同軸線性阻抗公式；Zo=60/lnD/d。以及它所傳輸?shù)墓β实拇笮。嬎愠龈鞴?jié)變換線的內(nèi)導(dǎo)體的外徑（d）、和外導(dǎo)體的內(nèi)徑（D）的數(shù)值。用戶在選擇功分器時，除應(yīng)關(guān)注其功率容量、駐波比指標(biāo)及工作頻帶等指標(biāo)外，還要注意功分器的輸入、輸出端口的規(guī)格。我國的標(biāo)準(zhǔn)中，除與之對應(yīng)的IF系列接頭外，還有L系列接頭（如L16、L27、L36、L52等）都是螺紋型接頭。一般而言，法蘭結(jié)構(gòu)的接頭氣密性要好一些。必須注意，系統(tǒng)中使用的功分器的接頭規(guī)格要和所有的電纜頭規(guī)格一致，以避免出現(xiàn)電纜頭轉(zhuǎn)接的現(xiàn)象。功分器在出廠前都經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)試，其駐波比一般都在1.05以下，內(nèi)外導(dǎo)體之間的絕緣電阻500MΩ以上，這樣才能保證整副調(diào)頻天線的總體指標(biāo)。四、主饋線調(diào)頻天線的主饋線現(xiàn)在都采用低損耗的、低駐波比的聚四氟乙烯螺旋絕緣波紋銅管射頻電纜，特性阻抗為50歐。常用的型號有（如SDY—50-37—3、SDY—50—80—3等）。選用什么型號的電纜作為饋線主要考慮以下幾點：1、電纜在調(diào)頻頻段的功率容量要大于調(diào)頻發(fā)射機(jī)功率(或多工器輸出的總工率)還要留相當(dāng)?shù)挠嗔?。因為電纜產(chǎn)品的標(biāo)稱功率是在環(huán)境溫度為40℃時的值，當(dāng)饋線的工作環(huán)境溫度超過40℃時，功率容量下降，如在50℃時將下降18％左右。

2、要滿足部頒標(biāo)準(zhǔn)--GY/T5051—1994《電視和調(diào)頻廣播發(fā)射天線饋線系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)》中對主饋線總損耗的要求，因為電纜直經(jīng)越小單位長度的損耗就越大。如果發(fā)射天線距機(jī)房較遠(yuǎn)，主饋線較長，則可能選用容量功率直徑大一些的電纜。這樣一次性投資可能大些，但可以減少長期的功率損耗。

3、部頒標(biāo)準(zhǔn)還要求主饋線在調(diào)頻頻段內(nèi)的駐波比小于1.08。

4、要求主饋電纜的絕緣電阻大于500MΩ，在一些環(huán)境較為潮濕的電臺（尤其大功率發(fā)射），為了工作穩(wěn)定往往還要給主饋線電纜充以干燥空氣或氮氣（30kPA的氣壓），因此要求電纜及其接頭的氣密性要好，電纜接頭要采取密封措施。此外，處理好主饋電纜的防雷接地，至少在天線及機(jī)房兩端分別將電纜頭的外導(dǎo)體用寬銅帶很好的與地線連接。在多雷地區(qū)最好在主饋電纜進(jìn)人室內(nèi)之前將外導(dǎo)體的護(hù)套剝開，用銅皮與地連接好。五、調(diào)頻天饋線的維護(hù)與管理調(diào)頻天線大多數(shù)都固定在鐵塔上，特別是近幾年來調(diào)頻廣播的快速發(fā)展，廣播電臺的數(shù)量在增加，發(fā)射機(jī)也不斷的在更新?lián)Q代，發(fā)射功率由過去幾百瓦到目前1千瓦、3千瓦，有些地區(qū)達(dá)到10千瓦。調(diào)頻廣播己成為目前廣播覆蓋的主要手段，因此天饋線的維護(hù)管理己成為安全播出的主要內(nèi)容。調(diào)頻天線架設(shè)在幾十米甚至幾百米的高空，高空中風(fēng)大，容易導(dǎo)致機(jī)械震動不止，金屬構(gòu)件易疲勞受損。加上室外溫差較大、有的地方濕度大、酸雨等影響。因此天線上的絕緣材料和金屬材料老化、銹蝕的較快，而天線安裝的地方在高空，技術(shù)人員不能經(jīng)常的去巡護(hù)，天線出現(xiàn)毛病不易被發(fā)現(xiàn)察覺。目前天線電氣方面的維護(hù)項目和要求，參照部頒《電視和調(diào)頻廣播發(fā)射天線饋線系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)》