簡(jiǎn)述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)

摘要：從廣播發(fā)展到今天，廣播聽眾一直在增加，廣播傳遞的質(zhì)量也在不斷提高，最關(guān)鍵的就是調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在此主要闡述調(diào)頻發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)和運(yùn)用方式，充分證實(shí)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)的研究及對(duì)國(guó)家未來(lái)廣播事業(yè)的發(fā)展有著關(guān)鍵的作用，以及調(diào)頻的特點(diǎn)、發(fā)展過程。
關(guān)鍵詞：調(diào)頻廣播；調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)；特點(diǎn)；工作原理

    調(diào)頻廣播通過調(diào)頻的方式對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行傳播，是高頻振蕩頻率隨著頻率的變化而變化，調(diào)頻波的載波也是隨著音頻調(diào)制信號(hào)的變化而隨之改變的，這樣就能保證聲音信號(hào)在傳輸中，每秒鐘頻偏變化次數(shù)和音頻信號(hào)調(diào)制頻率的變化一致，頻偏的大小由音頻大小決定，調(diào)頻廣播使用超短波波段進(jìn)行信號(hào)傳輸，能有效地抗干擾，信號(hào)真實(shí)性高。調(diào)頻廣播的特點(diǎn)：(1)抗干擾力強(qiáng)，(2)信號(hào)穩(wěn)定，(3)調(diào)頻電臺(tái)的頻帶
寬。調(diào)頻廣播未來(lái)發(fā)展是數(shù)字化，優(yōu)點(diǎn)是：(1)節(jié)省頻譜和功率，(2)聲音質(zhì)量悅耳，(3)廣播技術(shù)發(fā)展多樣化，(4)廣播技術(shù)越發(fā)展，其設(shè)備越精巧。

1 調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的工作原理及分類
    調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，簡(jiǎn)稱調(diào)頻發(fā)射機(jī)，是首先將音頻信號(hào)和高頻載波調(diào)制為調(diào)頻波，使高頻載波的頻率隨音頻信號(hào)發(fā)生變化，再對(duì)所產(chǎn)生的高頻信號(hào)進(jìn)行放大，激勵(lì)，功放和一系列的阻抗匹配，使信號(hào)輸出到天線，發(fā)送出去的裝置。高頻信號(hào)的產(chǎn)生現(xiàn)在有頻率合成，PLL等方式。現(xiàn)在我國(guó)的商業(yè)調(diào)頻廣播的頻率范圍為88～108 MHz，校園為76～87 MHz，西方國(guó)家為70～90 MHz。主要用于將調(diào)頻廣播電臺(tái)的語(yǔ)音和音樂節(jié)目以無(wú)線方式發(fā)射出去。
    任何一個(gè)調(diào)頻廣播電臺(tái)，無(wú)論其規(guī)模大小(國(guó)家電臺(tái)，省級(jí)電臺(tái)，市級(jí)電臺(tái)，縣級(jí)電臺(tái)，鄉(xiāng)級(jí)電臺(tái)，村級(jí)電臺(tái)，校園電臺(tái)，企事業(yè)單位電臺(tái)，部隊(duì)營(yíng)房電臺(tái)，等等)，都將由音頻播控設(shè)備、音頻傳輸設(shè)備、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及發(fā)射天饋線組成。
    覆蓋范圍大的電臺(tái)，需要發(fā)射功率大的調(diào)頻發(fā)射機(jī)、高增益的發(fā)射天線并架設(shè)在離地面高的地方；而覆蓋范圍小的電臺(tái)，則需要發(fā)射功率小的調(diào)頻發(fā)射機(jī)、增益合適的天線并架設(shè)在合適的高度上。
    通常，調(diào)頻發(fā)射機(jī)的功率等級(jí)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。也可根據(jù)實(shí)際需要，定制特殊功率調(diào)頻發(fā)射機(jī)。
    調(diào)頻發(fā)射機(jī)有很多種分類：
    (1)按調(diào)頻發(fā)射機(jī)的使用場(chǎng)合分，可分為專業(yè)級(jí)調(diào)頻發(fā)射機(jī)和業(yè)余級(jí)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，專業(yè)級(jí)主要用于專業(yè)廣播電臺(tái)和對(duì)音質(zhì)、可靠性要求較高的場(chǎng)合，而業(yè)余級(jí)主要用于非專業(yè)電臺(tái)和對(duì)音質(zhì)和可靠性要求一般的場(chǎng)合；
    (2)按廣播方式來(lái)分，可分為立體聲廣播和單聲道廣播；
    (3)按調(diào)頻發(fā)射機(jī)的電路原理來(lái)分，可分為模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)和數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)：隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，特別是專業(yè)級(jí)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)正在逐步取代模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)，區(qū)別數(shù)字和模擬很簡(jiǎn)單，就看其是否使用采用軟件無(wú)線電技術(shù)(DSP+DDS)的設(shè)計(jì)方案。

2 數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)和模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)如何區(qū)分
    目前，很多廣播發(fā)射領(lǐng)域的技術(shù)人員很疑惑：許多發(fā)射機(jī)的生產(chǎn)廠商都聲稱自己生產(chǎn)的調(diào)頻發(fā)射機(jī)是數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)，但到底應(yīng)該怎樣鑒別一臺(tái)調(diào)頻發(fā)射機(jī)是否是數(shù)字化的調(diào)頻發(fā)射機(jī)?在此發(fā)表如下意見，供各位同行鑒別參考。
    鑒別一臺(tái)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)是否是數(shù)字化的最有效辦法是看其電路原理，目前市場(chǎng)上調(diào)頻發(fā)射機(jī)存在如下三種形式電路原理的調(diào)頻發(fā)射機(jī)：
    (1)模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)：只能接收模擬音頻信號(hào)，音頻信號(hào)放大、限幅及立體聲編碼都是模擬的；特別是采用VCO(壓控震蕩器)+PLL(鎖相環(huán))產(chǎn)生調(diào)頻載頻信號(hào)，調(diào)制的過程當(dāng)然也是采用模擬復(fù)合音頻信號(hào)對(duì)VCO的變?nèi)荻O管進(jìn)行直接調(diào)制。這種電路就是典型的模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)，但可能有LED或LCD數(shù)字顯示發(fā)射機(jī)的工作頻率，但其全過程都是模擬的。這種模式簡(jiǎn)稱“VCO+PLL”。
    (2)半數(shù)字化調(diào)頻發(fā)射機(jī)：可以接收數(shù)字音頻信號(hào)(AES／EBU)或模擬音頻信號(hào)、音頻信號(hào)處理、立體聲編碼由DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)來(lái)完成，立體聲復(fù)合信號(hào)經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬立體聲復(fù)合信號(hào)、該信號(hào)對(duì)VCO進(jìn)行調(diào)頻調(diào)制。由此可見，在產(chǎn)生立體聲復(fù)合信號(hào)之前是數(shù)字化的，之后與模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)無(wú)異。簡(jiǎn)稱“DSP+PLL”。
    (3)數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)：從音頻到射頻全過程的數(shù)字化的凋頻廣播發(fā)射機(jī)。它接收數(shù)字音頻信號(hào)(AES／EBU)或模擬音頻信號(hào)(送入A／D)、音頻信號(hào)處理、立體聲編碼均由DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)來(lái)完成，而調(diào)頻調(diào)制過程DSP控制DDS(直接數(shù)字頻率合成器)來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)了調(diào)制過程的數(shù)字化。離散的數(shù)字調(diào)頻波經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生常規(guī)調(diào)頻波供射頻放大器放大到指定功率。簡(jiǎn)稱“DSP+DDS”。

3 數(shù)字調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
    數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)與模擬調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)相比具有如下突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
    (1)改善了音質(zhì)：由于采用全過程的數(shù)字化處理，調(diào)頻廣播的音質(zhì)可達(dá)到接近CD的水平；
    (2)提高了發(fā)射機(jī)可靠性：由于采用大規(guī)模集成電路作為主要元件(原件數(shù)量少，集成電路自身的可靠性極高)，取代了模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)的大量分立元件和小規(guī)模集成電路，使整機(jī)可靠性極大地提高；
    (3)發(fā)射機(jī)的功能柔性大：由于采用了軟件無(wú)線電技術(shù)，所以在保持發(fā)射機(jī)硬件不變的情況下，只要裝入不同的軟件就可以生產(chǎn)出不同功能的調(diào)頻發(fā)射機(jī)。這特別有利于廠家生產(chǎn)組織，也有利于發(fā)射機(jī)的升級(jí)改造；
    (4)可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷：由于所有原來(lái)由硬件實(shí)現(xiàn)的功能都已軟件化，所以不僅在發(fā)射機(jī)的LCD顯示屏上可以觀察到許多模擬發(fā)射機(jī)不可能觀察的內(nèi)部狀態(tài)，而且可將這些狀態(tài)通過通訊接口(RS232／RS485／CAN／TCPIP)在遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷。
    (5)可實(shí)現(xiàn)雙路音頻輸入自動(dòng)切換功能：在某些對(duì)系統(tǒng)可靠性要求較高的場(chǎng)合，可將數(shù)字音頻和模擬音頻同時(shí)輸入到數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)，在其內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)以數(shù)字音頻輸入為主的自動(dòng)音頻切換功能，可省去外部的音頻應(yīng)急切換器。

4 數(shù)字調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的工作原理
    數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)與傳統(tǒng)的模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)在工作原理方面有著本質(zhì)的區(qū)別。簡(jiǎn)單地說(shuō)，模擬調(diào)頻發(fā)射機(jī)采用VCO+PLL的模擬技術(shù)，而數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)采用DSP+DDS的軟件無(wú)線電數(shù)字技術(shù)。數(shù)字調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的原理框圖如圖1。

    從圖1中可以看出數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)主要由音頻信號(hào)輸入單元、數(shù)字信號(hào)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(hào)輸入單元負(fù)責(zé)接收模擬音頻輸入信號(hào)和數(shù)字音頻(AES／EBU)輸入信號(hào)，模擬音頻信號(hào)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(hào)則直接送入DSP，由DSP決定選擇哪種信號(hào)作為輸入音頻信號(hào)。
    數(shù)字信號(hào)處理單元是本激勵(lì)器的關(guān)鍵模塊單元，其核心為一高性能550 MHz數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，該DSP在軟件的控制下對(duì)輸入的數(shù)字音頻信號(hào)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)合信號(hào)碼流，通過運(yùn)算將此碼流以調(diào)頻方式調(diào)制到激勵(lì)器基頻碼流上，從而形成數(shù)字調(diào)頻碼流信號(hào)，此碼流被送入1 000 MHz直接數(shù)字頻率合成器(DDS)，形成調(diào)頻射頻信號(hào)。
    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(hào)，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(hào)，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(hào)，再經(jīng)帶通濾波器后得到純凈的調(diào)頻射頻信號(hào)。
    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(zhǎng)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(lì)器的人機(jī)接口、運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、報(bào)警保護(hù)、對(duì)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(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)遙控遙測(cè)功能。
    電源電路單元為激勵(lì)器各功能模塊單元提供直流穩(wěn)壓電源。