简述调频广播发射机

摘要：从广播发展到今天，广播听众一直在增加，广播传递的质量也在不断提高，最关键的就是调频广播发射机技术的发展和应用，在此主要阐述调频发射机的特点和运用方式，充分证实调频广播发射机技术的研究及对国家未来广播事业的发展有着关键的作用，以及调频的特点、发展过程。
关键词：调频广播；调频广播发射机；特点；工作原理

    调频广播通过调频的方式对声音信号进行传播，是高频振荡频率随着频率的变化而变化，调频波的载波也是随着音频调制信号的变化而随之改变的，这样就能保证声音信号在传输中，每秒钟频偏变化次数和音频信号调制频率的变化一致，频偏的大小由音频大小决定，调频广播使用超短波波段进行信号传输，能有效地抗干扰，信号真实性高。调频广播的特点：(1)抗干扰力强，(2)信号稳定，(3)调频电台的频带
宽。调频广播未来发展是数字化，优点是：(1)节省频谱和功率，(2)声音质量悦耳，(3)广播技术发展多样化，(4)广播技术越发展，其设备越精巧。

1 调频广播发射机的工作原理及分类
    调频广播发射机，简称调频发射机，是首先将音频信号和高频载波调制为调频波，使高频载波的频率随音频信号发生变化，再对所产生的高频信号进行放大，激励，功放和一系列的阻抗匹配，使信号输出到天线，发送出去的装置。高频信号的产生现在有频率合成，PLL等方式。现在我国的商业调频广播的频率范围为88～108 MHz，校园为76～87 MHz，西方国家为70～90 MHz。主要用于将调频广播电台的语音和音乐节目以无线方式发射出去。
    任何一个调频广播电台，无论其规模大小(国家电台，省级电台，市级电台，县级电台，乡级电台，村级电台，校园电台，企事业单位电台，部队营房电台，等等)，都将由音频播控设备、音频传输设备、调频发射机及发射天馈线组成。
    覆盖范围大的电台，需要发射功率大的调频发射机、高增益的发射天线并架设在离地面高的地方；而覆盖范围小的电台，则需要发射功率小的调频发射机、增益合适的天线并架设在合适的高度上。
    通常，调频发射机的功率等级有1 W，5 W，10 W，30 W，50 W，100 W，300 W，500 W，1000 W，3 kW，5 kW，10 kW。也可根据实际需要，定制特殊功率调频发射机。
    调频发射机有很多种分类：
    (1)按调频发射机的使用场合分，可分为专业级调频发射机和业余级调频发射机，专业级主要用于专业广播电台和对音质、可靠性要求较高的场合，而业余级主要用于非专业电台和对音质和可靠性要求一般的场合；
    (2)按广播方式来分，可分为立体声广播和单声道广播；
    (3)按调频发射机的电路原理来分，可分为模拟调频发射机和数字调频发射机：随着电子技术的高速发展，特别是专业级调频发射机，数字调频发射机正在逐步取代模拟调频发射机，区别数字和模拟很简单，就看其是否使用采用软件无线电技术(DSP+DDS)的设计方案。

2 数字调频发射机和模拟调频发射机如何区分
    目前，很多广播发射领域的技术人员很疑惑：许多发射机的生产厂商都声称自己生产的调频发射机是数字调频发射机，但到底应该怎样鉴别一台调频发射机是否是数字化的调频发射机?在此发表如下意见，供各位同行鉴别参考。
    鉴别一台调频广播发射机是否是数字化的最有效办法是看其电路原理，目前市场上调频发射机存在如下三种形式电路原理的调频发射机：
    (1)模拟调频发射机：只能接收模拟音频信号，音频信号放大、限幅及立体声编码都是模拟的；特别是采用VCO(压控震荡器)+PLL(锁相环)产生调频载频信号，调制的过程当然也是采用模拟复合音频信号对VCO的变容二极管进行直接调制。这种电路就是典型的模拟调频发射机，但可能有LED或LCD数字显示发射机的工作频率，但其全过程都是模拟的。这种模式简称“VCO+PLL”。
    (2)半数字化调频发射机：可以接收数字音频信号(AES／EBU)或模拟音频信号、音频信号处理、立体声编码由DSP(数字信号处理器)来完成，立体声复合信号经D／A转换器转换为模拟立体声复合信号、该信号对VCO进行调频调制。由此可见，在产生立体声复合信号之前是数字化的，之后与模拟调频发射机无异。简称“DSP+PLL”。
    (3)数字调频发射机：从音频到射频全过程的数字化的凋频广播发射机。它接收数字音频信号(AES／EBU)或模拟音频信号(送入A／D)、音频信号处理、立体声编码均由DSP(数字信号处理器)来完成，而调频调制过程DSP控制DDS(直接数字频率合成器)来完成，实现了调制过程的数字化。离散的数字调频波经D／A转换后产生常规调频波供射频放大器放大到指定功率。简称“DSP+DDS”。

3 数字调频广播发射机技术优势
    数字调频发射机与模拟调频广播发射机相比具有如下突出的技术优势：
    (1)改善了音质：由于采用全过程的数字化处理，调频广播的音质可达到接近CD的水平；
    (2)提高了发射机可靠性：由于采用大规模集成电路作为主要元件(原件数量少，集成电路自身的可靠性极高)，取代了模拟调频发射机的大量分立元件和小规模集成电路，使整机可靠性极大地提高；
    (3)发射机的功能柔性大：由于采用了软件无线电技术，所以在保持发射机硬件不变的情况下，只要装入不同的软件就可以生产出不同功能的调频发射机。这特别有利于厂家生产组织，也有利于发射机的升级改造；
    (4)可实现准确的远程监控和故障诊断：由于所有原来由硬件实现的功能都已软件化，所以不仅在发射机的LCD显示屏上可以观察到许多模拟发射机不可能观察的内部状态，而且可将这些状态通过通讯接口(RS232／RS485／CAN／TCPIP)在远程进行监控和故障诊断。
    (5)可实现双路音频输入自动切换功能：在某些对系统可靠性要求较高的场合，可将数字音频和模拟音频同时输入到数字调频发射机，在其内部可实现以数字音频输入为主的自动音频切换功能，可省去外部的音频应急切换器。

4 数字调频广播发射机的工作原理
    数字调频发射机与传统的模拟调频发射机在工作原理方面有着本质的区别。简单地说，模拟调频发射机采用VCO+PLL的模拟技术，而数字调频发射机采用DSP+DDS的软件无线电数字技术。数字调频广播发射机的原理框图如图1。

    从图1中可以看出数字调频发射机主要由音频信号输入单元、数字信号处理单元、数字调频调制及带通滤波单元、功率稳定放大及低通滤波单元、人机接口控制及通信单元以及电源电路单元等六大模块单元组成。
    音频信号输入单元负责接收模拟音频输入信号和数字音频(AES／EBU)输入信号，模拟音频信号经模数转换(A／D)成数字音频后送入DSP，而数字信号则直接送入DSP，由DSP决定选择哪种信号作为输入音频信号。
    数字信号处理单元是本激励器的关键模块单元，其核心为一高性能550 MHz数字信号处理器(DSP)，该DSP在软件的控制下对输入的数字音频信号进行增益调整、数字滤波、数字预加重、数字导频发生、数字立体声编码后产生立体声复合信号码流，通过运算将此码流以调频方式调制到激励器基频码流上，从而形成数字调频码流信号，此码流被送入1 000 MHz直接数字频率合成器(DDS)，形成调频射频信号。
    数字调频调制及带通滤波单元的核心部件为一直接数字频率合成器(DDS)，它接收DSP输出的数字调频码流信号，通过内部的直接频率合成器形成数字调频射频信号，经内置数模转换器(D／A)形成模拟调频已调波信号，再经带通滤波器后得到纯净的调频射频信号。
    功率稳定放大及低通滤波单元为一带闭环控制的反馈式(AGC)调频射频功率放大器及低通滤波电路。可确保输出功率在设定的功率上长期稳定运行。
    人机接口控制及通信单元采用一块高性能片上系统(SOC)微处理器完成激励器的人机接口、运行数据采集、报警保护、对外通信等功能。各种操作命令由键盘输入、由大屏幕液晶器和状态指示灯实时显示发射机工作状态。通过标准的RS-232串口通讯接口(或其他接口)与远程计算机进行数据交换，以实现遥控遥测功能。
    电源电路单元为激励器各功能模块单元提供直流稳压电源。