广播电视发送技术数字调幅发射机解析

1、第五节数字调幅发射机中同俸磔犬学檜 3：終学隧Communication UnIverxtty of China一、概述广播发射机的技术发展主要体现在：高效 率和高可靠性、数字技术含量越来越高。数字调幅系统，采用高速A/D转换器，数 字编码器和功率相乘型D/A转换器，模拟 声音信号经过数字处理，发射机最终发射 的仍为模拟调幅信号，仍用普通的包络检 波调幅广播收音机接收。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 高效率射频功率放人单元组成，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

2、要 的功率电平。戌侍區农?Communication Dntveniity of Chinji数字调幅发射机的工作过程可简要表达 如下：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；戌侍區农?Communication Dntveniity of Chinji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

3、使用普通的 包络检波的接收机接收。Communication Univenitty of China数字调幅技术一般用在中波广播发射 机中，这是由于中波机的工作频率是固定 的，数字调幅发射机要求的输出带通滤波 器就可固定不变。Communication Univenitty of China一、简单的数字调幅发射机 数字调幅发射机发展到实用的程度, 经历了不断的认识与实践过程。Communication University of China（一）、使用n个比较器和n个射频放 大器的数字调幅发射机使用n个比较器和n个射频放大器，n 个射频放大器的构成与次级输出电压都是 完全相同的。Commun

4、ication University of China使用n个比较器和n个射频放大器的数字 调幅发射机原理简图工作原理是在载波状态，有一半数量的比较器输出高电平“HS促使一半数量的射频放大器导通，输出的射频电压通过射频变压器次级串联叠加，幅度对应于 载波电压U于念侍体4艺Communication University at China当m=100时，对应于调制正峰时刻（调 幅峰点），全部电压比较器输出高电平 全部射频放大器导通，输出的射频 电压串联叠加，幅度对应于2U。；对应于 调制负峰时刻（调幅谷点），仝部电压比 较器输出高电平“LJ全部射频放大器关 断，输出的射频电压为0。&令烁4 ?C

5、ommunication Untventty of China主要缺点：需要的比较器与射频功率放大器的数 量太多，否则，满足不了对声音质量的要 求。例如，取n=123,则发射机输出信号的 分解力为123个台阶，相当于大约7比特的 分解力（2J128）,而要达到良好的AM质 量需要12比特的分解力才行，需要n=4096 o 由此可知，这种方案没有实际使用价值。&令烁4 ?Communication Untventty of China（二）、使用12比特A/D转换器和 12个射频放大器的数字调幅发射机Communication University of Chirm使用12比特A/D转换器和12

6、个射频放大器的数字 调幅发射机原理简图RF12比特A/D转换器12比持勺_ R?输出2048:1Untvemtty of China1024:1放大器MSB#1比特2ltW2:1 （匝数比）1:112比特A/D转换器将模拟信号（音频+ 直流）变为数字信号，数字信号的每一位 各自直接控制对应的射频功率放大器的开 通与关断。这12个射频功率放大器虽然结 构一样，各个高频变压器的初级电压相同, 但它们次级的输出电压是不相等的（变压 比不同）。对应于最高有效位变压比1： 1, 对应于最低有效位的变压比为2048： loCommunication Univenirty of China这种方案的优点：仅

7、使用12个RF功率放大器。主要缺点：1、由于RF功率放大器的数量少，则 要求单个RF功率放大器的功率大，尤其是 最高有效位控制的放大器。平均而言，要 求每个放大器输出功率应起码不低于发射 机载波功率的1/3 （在100%调幅峰点，平均 每个放大器输出功率为4PC/12= Pc / 3） o2、可能产生幅度很大的假信寻（尖脉 冲）。Communication Untventrty of China由原理图可以看出，由于12个放大器的输 出变压器的匝数比是不同的，如果“12密号 放大器在输出变压器次级提供IV的射频电 压的话，号放大器则提供2048V的射 频电压。国缶冰4艺Communicatio

8、n Univenitty of China在调制过程中，如果由于放大器特性不一 致，开通与关断的步调不一致，最大可产 生一个接近最大幅度1/2的负的假信号。国缶冰4艺Communication Univenitty of China可能产生的假信号Communication Univeniity of China（三）、使用12比特A/D转换器与调制编码器的数字调幅发射机呀威侍体* ?Communication Univeniity of China使用12比特A/D转换器与调制编码器的数字调幅发射机DCRF丫127个放大器AF7个最高有效位A/D 转换器1/等幅放:夫器-7-5个最低有效位M

9、二进制加权放大器体4 ?nivenity of China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；Communication Univeniffy of Chinji5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127蝕 这相当于100%调幅 峰点时刻。32专国仓体4 ?Communica

10、tion Univenitty cf ChinA这种发射机已经接近实用的程度。最 大的假信号的幅度为E,约为最大输出的 l/128o此外，RF放大器的数量也达到可接 受的程度。专国仓体4 ?Communication Univenitty cf ChinA三、DXJO数字调幅广播发射机I Ah?c(t)发射机射频系统釆用晶体振荡器射频 源，其振荡频率经48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。Communication Universtty of Chirm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

11、码，变为RF放大器开通与关断的 控制信号。控制信号可分为两种:(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)；汗国侍膵* ?Communication Univenitty of China(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”。汗国侍膵* ?Communication Univenitty of China开通的RF放大器的输出电压经过合成

12、 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。Communication Univcrstty of China（一）、音频处理器音频处理器的作用是对音频调制信号 进行预处理。音频处理器原理方块图主级同課一0- 埴益频率Communication Untversrty of China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

13、。Communication Untversrty of China(AF) + (DC)相叠加，变为单极性信号音频与肓流电压叠加AI；十 DCCommunication Univennty of China当外电电压变化时，在音频处理器中将电源电压取样信号送入一个除法器控制 其增益，实现对(AF+DC)的自动调整，从而使载波功率和边带功率都不受外电电 压变化的影响。Communication Univennty of China音频处理器中的数字控制衰减器的控 制信号是3位BCD码的数据信号，它来自发 射机的功率电平控制板。数控衰减器给出 0.000-0.999的功奉因子，以此进一步调节载

14、波功率。例如，当发射机输出电路中电压 驻波比过高，数控衰减器会自动调整功率 因子，使发射机输出功率降低，以利安全。Communication Unh/enitty of China发射机最终输出功率取决于直流(AF+DC)与功率因子(0.000-0.999)的 乘积。当数控衰减器处于最小衰减，即功 率因子为0.999时，发射机的最大载波功率 由直流电压DC限定。在音频处理器中，有一个超音频振荡 器，产生一个频率为70或72KHz的三角波, 它受变化的大台阶数据信号同步。产生的 低电平的三角波与前述的（AF+DC）相叠 加，目的是使低电平调制信号有更高的分 辨率。超音频频率成分将来可以被发射机

15、输出网络的带通滤波器大大衰减。Communication Untverstty of Chinji音频处理器最终输出的信号包括三种 成分:AF+DC+低电平超音频三角波。 送入后面的A/D转换器进行模数转换o（二）、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。Communication Untvemity of ChinaA/D转换模块原理方块图1、取样频率取样频率越高，取样后的离散信号的 瞬态变化越接近于模拟信号。取样信号的 频率的最高极限受A/D转换时间限制。在 DX-10发射机中， 当载波频率f820KHz时，取取样频率fs二0 当820

16、KHz f 1400KHz 时，取E/3。Communication Univenitty of China2、严格的时间同步为了减少RF功率场效应管导通损耗以 及切断与开通转换期间的损耗，功率管的 开通与切断是在射频激励信号的过零点时 刻进行，即要求数字控制信号必须在该时 刻出现。这就需要对A/D转换模块中的 “跟踪与保持”电路、A/D转换电路和锁 存器进行严格的时间控制而保持同步。2a /n转寸程、音频处理器送来的模拟信号先由“跟 踪与保持”电路实现对取样值的存储，然 后再送入A/D转换器。“跟踪与保持”电 路确保送入A/D转换器的信号在A/D转换 进行期间保持不变，在本次A/D转换结束

17、后，才开始下一次跟踪取样。每执行完一次A/D转换，A/D转换器 的输出被选通或锁存一次，直到下次转换。Communication University of China因为在A/D转换进行期间其输出是不 确定的，在此期间必须保持将上次转换结 束输出的数据存储在锁存器中，直到本次 转换完成后，锁存器再寄存一个新的数据。 当发生不转换故障时，“转换误差鉴别电 路”提供一个“数据清除”信号，送入调 制编码器的锁存器，使锁存器的输出为零, 从而建RF功率放大器全部关断，并给出状 态显O4、A/D转换输出信号12比特中的高位16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712比特二进制数据，不