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广播技术培训 中波发送技术张传明 电波传播 无线电波传播指在发射天线与接收天线之间的媒介中电磁波的传播 传播方式 地波 空间波 天波长波 表面波传播中波 表面波或天波传播短波 空间波超短波 空间波 电波传播 表面波 地波 电波沿地球表面传播到接收点的无线电波 特点 1 波长愈长衰减愈小 2 波段不同 传播距离不同 中波广播200 300Km短波 超短波几 几十KM3 波长越长绕射能力越强4 电场垂直分量远大于水平分量 适宜采用垂直极化 无线传播 天波 特点 1 对于一定电子密度 存在一个最高使用频率2 一定条件下 电离层衰减与频率的平方成反比 有一个最低使用频率 3 接收点场强因天波一次或多次反射产生衰落4 由于电离层易受太阳影响 白天 夜晚传播情况不一样5 天波靠电离层反射 在接收点与发射点间有一段距离收不到信号 电波传播 电离层 地球大气成分被外部空间辐射素所电离的区域叫电离层 电离层由低到高分为4层 D E F1 F2D层 臭氧层 高度50 90KM 白天存在 对频率低的中波电磁波吸收作用 E层 90 130KM 中波反射层 D层消失后 出现E层 夜间出现反射波 F层 140 290km 短波反射波 进行远距离传播 专业知识 调幅 是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度 使其按调制信号的规律变化的过程 对于幅度调制信号 在波形上 它的幅度随基带信号规律而变化 在频谱结构上 它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移 适当选择滤波器的特性 便可得到各种幅度调制信号 如 常规双边带调幅 AM 抑制载波双边带调幅 DSB SC 单边带调制 SSB 和残留边带调制 VSB 信号等 中 短波广播都是调幅广播 调幅广播电台载波频率的间隔长 中波为9kHz 短波为10kHz 调幅广播的优点是覆盖范围广 传播距离远 频谱利用率高 带宽窄 固定接收和移动接收 允许车速100公里 小时 有相同的质量 调幅广播的接收机简单 廉价 调幅广播也有明显的缺点 主要是很容易受到干扰 传输质量较差 中波广播频段的频率范围是526 5kHz 1606 5kHz在该频段工作的每个广播电台 在带宽为9千赫的不同的频道中传送各自的节目 以免相互干扰 共有120个频率资源可用 中波广播频段 基于电波的传播特性 白天是靠地波传播 夜间既有地波 又有天波 短波波段的频率范围是2 3MHz 27MHz 在该范围中 有若干个频段作广播用 有些频段是安排给通信或其他应用 电波的传播是通过电离层的反射 因此 传播距离很远 特别适合用于国际广播 调幅波产生的原理 产生调幅信号的方法有很多种 从原理上说 是将高频振荡器 激励器 给出载波信号 经放大后 送入被调级 RF级 音频调制信号经放大后送入调幅器 被调级受调幅器输出信号的控制而输出调幅波信号 调幅广播调制方式 板调 AM 脉冲宽度调制 PDM 脉冲阶梯调制 PSM 单边带调制 SSB 数字调制 DM 幅相调制3D调制 乙类板调 AM 发射机原理 低电平音频信号经多级放大器放大到一定的电平 送入工作在乙类的末级音频放大器 调制器 经变压器耦合输出UF 该电压与直流高压E0相串联 送至高频末级的板极 板极输出的高频电压随着板极电压 E0 UF 的瞬时变化而变化 音频放大线性放大 用于电子管发射机 乙类推挽放大电路 需要大功率灯丝变压器 调幅变压器和阻流圈 效率低 维护费用高 经常更换电子管 经常调整工作状态 PDM发射机原理 是新型板调机 克服板调机缺点开发的新的调制方式 在20世纪70年代得到应用 后期又被改造为PSM发射机 PDM发射机原理 脉宽调制发射机信号处理的基本过程是 将低电平的音频调制信号通过脉宽调制器 变为重复频率为超音频的调宽脉冲序列 经过工作于开关状态的开关放大器 有高的效率 放大到所需的电平 再利用一个低通滤波器 又称解调器 把调宽脉冲序列还原为高电平的音频电压 用该幅度足够大的音频电压 最后对高频末级进行如常的板极调幅 载波状态下 脉宽调制器输出超音频等幅等宽的脉冲序列 在调制状态下 它输出超音频等幅调宽的脉冲序列 脉冲信号发生器输出一个等幅脉冲串 频率50 80KHz 经RC积分电路 变成三角波 音频信号与三角波电压进行比较 得到一个脉冲宽度随着音频信号不同的脉冲信号 音频信号幅度决定脉冲宽度 音频频率决定脉冲周期频率 放大器将脉冲和音频信号放大到规定的电平 经脉宽调制级输出解调器 低通滤波器 解调 还原音频信号加到板极进行调幅 PSM调制 脉冲阶梯调制 PSM发射机是20世纪80年代初开发新的调制技术 当时其效率 可靠性较高 优点将高压整流器和调制级合二为一 实现浮动载波控制 产生32 48 个电子开关脉冲信号 控制32 48 个独立电源开关 产生阶梯输出电压 经低通滤波器 解调出音频信号 送高末级进行板调 PSM发射机 在载波状态 有16组低压整流器相串联给出14KV 在100 调幅峰点瞬间 32组低压整流器相串联给出28KV的电压 在100 调幅谷点瞬间 所有的低压整流器均不参与串联 给出0V的电压 PSM发射机原理 在调制状态 低电平的直流信号与音频信号相叠加 经A D变换后变成控制信号 与音频对应 在不同时刻 有相应不同数量直流电压源相叠加 即控制大量的直流电压源的接通或关断 某瞬时直流电压源接通的数目取决于该时刻的音频调制信号 接通的直流电压源串联叠加 形成阶梯电压 阶梯波经低通滤波器 为高频被调级提供所需的直流板压和相应的调制电压 进行板极调制 PSM发射机将高压主整电源与调幅器合二为一 提供阶梯电压的装置称为PSM调制器 阶梯电压的直流分量转化为高频载波功率 音频分量转化为高频边带功率 数字调制 DAM 数字调幅发射机将传统发射机的主整电源 调制器和射频功率放大器合并为一个系统 数字调幅发射机由许多工作于开关状态的高效率射频功率放大单元组成 受编码信号的控制而开通或关断 开通的高频功率放大单元的输出电压串联叠加 达到需要的功率电平 DAM原理 音频调制信号经高速A D转换器变为数据流 连续的12比特数字序列 再经过调制编码器进行编码 变为很多个射频功率放大器的开通与关断的控制信号 某瞬时开通的射频功率放大器的数目取决于该时刻的音频调制信号 开通的射频功率放大器的输出电压以串联的形式相叠加 产生出包络有量化台阶的调幅波 再经带通滤波器滤掉不需要的频谱成分 便得到与普通调幅波完全相同的射频已调波 因此 仍然使用普通的包络检波的接收机接收 经A D转换得到的12比特序列中 7位最高有效位被编码成相应的控制信号 控制127个大台阶RF功率放大器的开通与关断 每个这样的放大器开通后 输出一个大台阶电压E 5位最低有效位不经编码 直接作为控制信号 控制5个二进制台阶RF放大器的开通与关断 这5个放大器开通后 分别输出E 32 E 16 E 8 E 4和E 2的阶电压 若所有的RF放大器全部开通 则串联叠加后的输出电压为127E 这相当于100 调幅峰点时刻 DX DAM 10发射机 发射机射频系统采用晶体振荡器射频源 其振荡频率经4 8次分频后变为发射机的工作频率 信号经过放大和分配 作为RF激励信号送到RF功率放大器 音频调制信号经音频处理器处理后 送到A D转换器 变为12比特的数字信号 再经过编码 变为RF放大器开通与关断的控制信号 控制信号分为两种 1 由12比特序列中的6个最高有效位 经过编码得到的所谓 大台阶数据 控制42个大台阶等压RF功率放大器 每个开通时输出射频电压为E 2 12比特序列中的6个最低有效位 不进行编码 直接控制6个二进制小台阶RF功率放大器 开通时输出射频电压分别为E 64 E 32 E 16 E 8 E 4 E 2 称为 二进制台阶数据 开通的RF放大器的输出电压经过合成器合成 形成包络具有量化台阶的双边带调幅波 再经中心频率为发射机载波频率的带通滤波器滤除不需要的频谱成分 就成为包络平滑的普通双边带调幅波 音频处理器 在音频处理器中 音频 AF 调制信号与一直流电压 DC 相叠加 变为单极性信号 音频信号决定调制电平 即决定高频已调波的边带功率 直流电压的大小决定载波电平 调整该直流电压的大小 就能调整发射机的载波功率 A D转换模块 A D转换模块的功能是将音频处理器送来的模拟信号变为12比特的数字信号序列 12比特中的高位1 6比特主级数据经调制编码器编码后 变为42个等压RF功率放大器的开通与关断的控制信号 12比特中的低位7 12比特二进制数据 不编码 直接控制相应的6个二进制加权放大器的通断 D A转换 受数字信号控制导通或关断 工作于开关状态的RF放大器 可以看作是D A转换器 与模拟信号相对应的数字信号 开通相应数量的RF功率放大器 其输出在合成器合成 电压叠加 得到包络有量化台阶的射频信号 然后 再经带通滤波器滤掉无用带外频谱成分 便得到与普通双边带 DSB 调幅波相同的包络平滑的射频信号 功率合成 功率合成是通过高频变压器的电压合成实现的 各功放模块的输出送到各自的RF输出变压器的初级线圈 而通过一根铜管 相当于变压器的次级 穿过各输出变压器的磁芯实现耦合 任何一个大台阶放大器开通 都提供相同的射频电压E 固定不变 但RF功率放大器提供的功率是不固定的 其大小由当时所开通的RF功率放大器的总数量决定 即某时刻开通的总数越少 多 合成功率小 大 每个RF功率放大器的输出功率也越小 大 例如 开通10个RF放大器输出10E 合成功率为X瓦 每个提供的功率为X 10瓦 开通20个RF放大器输出20E 合成功率为4X瓦 每个提供的功率为4X 20 X 5瓦 DX 10发射机的载波功率为10kw 在载波状态设定开通的RF放大器数量为N0 18个 每个输出5kw 9 当m 1时 在调制峰点开通36个RF放大器 峰点功率为40kw 此时 每个RF功率放大器输出功率为10kw 9 DX 10型发射机有正峰调制度可达140 的能力 此时 要求正峰功率达到10 57 6kw 需要开通的功率模块数为N 则有以下关系 N 18 43 DX 10发射机的42个大台阶和6个小台阶RF放大器 全部开通时 每个大台阶功率放大器输出约57 6KW 42 63 64 1 34KW 而6个小台阶RF放大器共输出57 6 1 34 42 1 32KW 功率放大器 射频功率放大器是功率相乘型D A转换器 工作于丁类 它包括 4个MOS场效应管 射频输出变压器T3 而T1和T2为激励变压器 各管激励信号由T1和T2的次级分别供给 图中CR1 CR2 CR3和CR4为齐纳二极管 用于当发生瞬变或过激励时保护场效应管 场效应管的激励信号Q1 Q4同相 Q2 Q3同相 Q1 Q4同Q2 Q3反相 Q1 Q2 Q3和Q4构成电桥的四个臂 而电桥的四个顶点是 直流供电电源B 地端与输出变压器T3的两端 在射频激励信号的正半周期间 Q1 Q4导通 而Q2 Q3截止 在射频激励信号的负半周期间 Q2 Q3导通 而Q1 Q4截止 因此 在射频输出变压器T3的初级两端形成峰峰幅度为2B 的方波 方波的重复频率是发射机载波频率 方波电压通过射频变压器耦合输出 实际上Q1和Q3完全靠激励信号控制导通与截止 而Q2和Q4的通断除与激励信号有关外 还取决于编码控制信号 通过关断Q2和Q4射频激励的办法关断整个RF功率放大器 需要强调的是 不开通的RF功率放大器射频输出变压器的初级 在电路上应保证提供低阻抗 否则 会在输出变压器的次级产生无穷大的反射阻抗 其他开通的RF功率放大器的输出电压就无法在次级实现串联叠加 带通滤波器 DX 10发射机的带通滤波器是二阶巴特沃斯滤波器 其输入阻抗为4欧姆 也就是合成器输出要求的负载阻抗 输出阻抗为50欧姆 不平衡 带通滤波器的作用是滤除RF信号的阶梯波纹和其他不需要的频率成分 它也是一个阻抗变换器 它的中心频率为发射机的载波频率 DAM发射机特点 采用数字调制技术 减小非线性失真 采用频率合成器的激励信号源 运用高效率的丁类射频功率放大器和功率合成器 控制 检测和保护完善 提高稳定性 可靠性 减少维护经费和人力 在音频处理上 控制系统 采用数字集成电路 射频采用丁类放大器和合成器 电源采用十二相全波整流器 整机效率高 M2W发射机 M2W发射机是法国THOMCAST公司生产的模块化中波广播发射机 其工作原理与DX系列基本相同 但最大的区别是 为了解决调幅包络的信号失真 没有使用二进制小台阶放大器 凡所有开通的RF功率放大器都提供相同的电压 但有不同的相位 信号处理是将脉冲阶梯调制与相位调制结合在一起 这种发射机应用全数字的音频通道 信号整形 滤波 及调制 均由数字信号处理器 DSP 完成 M2W机调制原理 M2W机的调制是同时采用幅度和相位两种调制来实现 简称为幅相调制 幅度调制是根据音频输入信号大小决定某一瞬间需要开通的功率模块数量 给出对应的射频输出电压包络 由于射频包络与音频包络之间存在量化误差 则采用相位调制予以解决 相位调制是对每个模块进行相移处理 减小量化误差 M2W机用16bit的数字音频信号来产生功率模块的控制信号 ON FC 和FC 高7位产生ON信号 决定某一瞬间需要开通的功率模块数低9位产生FC 和FC 信号 决定功率模块的相移 计算机软件根据音频输入信号大小进行实时计算后发出这3个控制信号DAM机的数字音频系统给出大台阶和小台阶模块的合断控制信号 其内部的A D转换器输出12bit的数字音频信号采用42个等压和6个不等压功放单元 其分辨率为42 63 42 63 2751 即11 43bit 利用抖动信号可提高2bit 实际分辨率达13 43bitM2W机用16bit的数字音频信号来产生功率模块的控制信号有80个等压输出的功率模块 其分辨率能达到15 14bit 比DAM机高 失真更小 音质更好 3D技术中波发射机 3D系列发射机是Harris公式对DX系列的发射机改进 3D是指数字直接驱动 DirectDigitalDrive 3D技术省去射频中间放大器 简化发射机电路 提高效率 典型达97 5 增加可靠性 用直接数字驱动系统代替DX系列模拟射频驱动系统 3D 50原理图 3D发射机 3D发射机RF功率放大器进行改进 使用串行调制编码器来的两个TTL射频驱动信号和TTL开关控制信号 驱动信号为相位相差180度的信号 在RF功放中不需要使用RF激励变压器进行倒相 使用一种DSAM 数字串行自适应调制 技术 连续监测每个串行调制编码器和射频功放 在发生故障时自动进行再分配 确保发射机处于最佳性能激励器采用直接数字合成技术 DDS 2020 3 19 47 可编辑 模拟广播的优点和缺点 优点 技术简单 接收机廉价 缺点 发射机能量利用不经济 AM广播 从能量的利用来看 AM发射功率中的很大一部分是用于载波 例如 当平均m 0 3时 载波功率占发射总功率的95 7 与此相联系的是有相当高的运行费用多径传播 AM和FM 会产生接收信号的严重衰落 影响接收质量 无线电信道的固有特性 频率选择性与时间选择性抗干扰能力差 尤其是AM 节目单纯 在数字技术与多媒体技术大发展的今天 模拟广播对听众的吸引力越来越小 解决模拟广播存在问题的唯一出路 数字声音广播 模拟信号在时间和数值上是连续的 数字信号在时间和数值上是离散的 A D转换由取样 保持 量化 存储和传递组成 简单 取样 量化 编码 数字化 取样 将振幅随时间连续变化的信号按一定时间间隔进行抽取 形成在时间上不连续的脉冲序列的过程称取样 量化 将幅度连续变化的无穷多个值用不连续的有限个值来表示 编码 将量化的数值用二进制代码表示过程 比特 二进制数字 在二进制中 一位二进制数字就叫1比特 比特 字长 通常表示编码的位数 将字长8bit的二进制数称为字节 1字节 8bit数据率 比特率 是单位时间内传送二进制序列的比特数 数据率 采样频率 量化比特数 天馈线系统 中波天线很多种常见桅杆式单塔天线或自立塔天线无顶负荷单塔天线斜拉线顶负荷单塔天线绝缘自立塔天线接地自立塔天线 中间并馈式天线 小天线 西丰326台并馈天线 常用电缆 原先6线式 12线式馈线 笼形 现拥有033台用于200KW发射机 同轴电缆 同轴射频电缆特性阻抗50 75 主要特性 特性阻抗 传输损耗 频率特性 温度特性 屏蔽特性最小弯曲半径 额定功率 最大耐压5KW以下使用电缆SDY 50 23 3 聚乙烯螺旋绝缘皱纹铜管射频电缆 10KW使用电缆SDY 50 37 350Kw使用电缆SDY 50 80 3S 同轴射频电缆 D空气绝缘 Y聚乙烯 V聚氯乙烯50 阻抗 37mm芯线绝缘外径 中波发射机常用电缆比较 中波发射机三大指标 中短波调幅广播发射机技术要求和测量方法 GY T225 2007 旧标准 GY32 84 音频频率响应 振幅频率特性谐波失真 非线性失真噪声电平还有 载波跌落 正负调幅度不对称性 载波输出功率变化 整机效率 频率容限 杂散发射 正峰调制能力 音频频率响应 谐波失真 定义 发射机用单一频率音频信号调幅 由于高频放大器非线性和调制器非线性 产生各次谐波分量 各次谐波分量的均方根值之和与基波有效值之比 即为谐波失真 测量 用规定音频信号对发射机进行调制 使发射机调幅度为50 和90 在调幅度测试仪上直接测量发射机谐波失真 产生原因 内因晶体管 集成电路的非线性元件造成 外因匹配网络没有调到最佳状态 阻带衰减不足 带宽较窄等指标 甲级 3 乙级 5 丙级 8 信噪比 调幅广播停劣播界限 新旧指标对比 重大事故 政治性事故停播30分钟以上 劣播60分钟以上责任事故停播60分钟以上 劣播180分钟以上技术事故2小时以上台外原因造成事故伤亡和重大伤亡未遂事故造成重大经济损失和设备器件严重受损影响播出的火灾和其他重大灾害事故 数字调幅广播DRM DRM系统产生的背景30MHz以下的长 中 短波广播波段 迄今为止使用的幅度调制虽然技术很简单 但是抗干扰能力很差 尤其是在短波经常出现干扰 调幅广播主要缺点 采用双边带 占用频带宽 功率大 耗能高 投资大 运行费用高 与调频等新媒体比 质量差 DRM优点 大幅度降低发射机功率显著提高AM波段广播信号传输质量与模拟信号兼容传送实现模数同播 充分利用现有中短波频谱资源对现有模拟发射机进行数字化改造中波频率穿透能力和绕射能力强 覆盖范围大 适用移动接收和便携接收数字发射机运行稳定能够提供附加业务和数据传输实现国内和国际广播 调幅广播是世界性的广播 尤其是短波广播 必须使用统一的标准 并进行世界统一的短波频率规划和分配 这样做既保障有良好的 空中 秩序 又拥有广大的听众 无论是数字AM系统建议的提出者 还是广播机构 发射机和接收机制造厂商乃至听众 都希望全世界有一个统一的数字AM制式和标准 世界统一的制式与标准 也是接收机廉价的前提条件为了选择合适的统一的数字AM系统 1998年3月在中国广州成立了数字AM广播的国际组织DRM联盟 DRM联盟的目标是开发数字长 中 短波广播的世界范围的标准 并提供一个系统建议 供ITU进行标准化 经过紧张工作 DRM提出了系统建议 并于2001年4月在ITU作为正式的建议书而获得通过 DRM系统在2001年10月被ETSI标准化 并在2002年3月经IEC通过 DRM系统规范正式生效 为AM波段广播的数字化铺平了道路 国际上不少广播机构的部分发射台 已经从2003年6月16日 日内瓦召开ITU无线电行政大会 开始 以DRM方式正式投入广播运行 这标志着30MHz以下的广播新时代的开始 DRM发射机原理图 主业务信道 MSC 主业务信道包括了DRM多路复用中包含的所有业务的数据 多路复用可以包含一到四种业务 每一种业务既可以是音频 也可以是数据 MSC的总比特率是由DRM信道的带宽和传输模式决定的 快速访问信道 FAC 快速访问信道为接收机提供进行快速搜索的业务选择信息 它包括接收机能够有效地开始解复用的有关信道参数信息 如频带占有和交织深度 它也包括关于在多路复用中的业务允许接收机解复用或变化频率和重新搜索的信息 业务描述信道 SDC 业务描述信道给出怎样对MSC解码 怎样找到发射相同节目的替换频率的信息 并给出在多路复用中的业务的归属 信源源编码器和预编码器信源编码器和预编码器可以保证将输入数据流适应成合适的数字传输格式 在音频源编码的情况下 功能包括音频压缩技术 源编码器和数据流预编码器的输出可以包含两个部分 它们在后继信道编码器中需要两种不同等级的保护 所有业务都必须利用这两种保护或其中的一个 多路复用器将保护等级与所有数据和音频业务结合起来 能量扩散能量扩散的目的是为了避免出现某些特定信号形式的可能性 能量扩散可以通过给定的伪随机二进序列来实现 能量扩散用于主业务信道 MSC 快速访问信道 FAC 和业务描述信道 SDC 单元交织器单元交织器将连续的QAM单元展开为在时域和频域都分开的准随机的单元序列 以便提供在时间一频率弥散信道中的可靠的传输 导频发生器导频发生器为接收机提供信道状态信息 估计信号的相关解调 OFDM单元映射器OFDM单元映射器将不同等级的单元集中起来并把它们放在时频栅格中 OFDM信