浮动载波技术在数字调幅中波发射机上的应用

浮动载波技术在数字调幅中波发射机上的应用
韩武建，左宝健，王立新
摘要：浮动载波技术作为一项新的节能技术，已应用到数字调幅发射机上。

它所具备的良好的节能效果、简单的电路 结构、易于实现的方法都得到广大广播技术人员的认可。

通过接触的几种发射机中实际应用的浮动载波控制电路，对浮动 载波技术的原理和电路实现方法做出了分析研究，并结合实验数据加以论证。

关键词：浮动载波；数字调幅发射机；控制电路；节能技术
浮动载波，也叫动态载波控制，它指发射机中载 波功率的大小随音频调幅度的高低而上下变化的情况。

在调幅度低时，不含信息的载波功率要占总发射功率的 90％以上，此时，适当地降低载波功率，可以减小损耗， 节约电能；随着调制度的增大，载波功率同步跟随，直到 恢复到正常载波功率范围。

这样既不影响收听效果，减 小对收听不起作用的载波功率，又保证了较大调制度时 正常载波、边带功率，保证较好的接收质量和覆盖半径。

从而达到节能降耗的目的。

1浮动载波的原理分析
普通的中波广播发射机发出的频谱包含载波和边带两种成分。

载波成分作为信息传递的运载工具，其幅度不随调制信号的高低有无而变化，它是恒定不变的，
但它占用发射总功率的绝大部分。

而包含广播节目的边带成分只占发射机总功率的极少部分，是传输中的有用信息。

调幅波的功率计算公式如下:
载波功率:
上边带功率： P 上=21⎪⎭⎫ ⎝⎛Uc M 22R 1=41M 2P C 下边带功率：
P 下=P 上=
41M 2P C 上、下边带功率： P 上+P 下=
21M 2P C 载波边带总功率：
P 总=（1+2
1M 2）P C 最大状态功率：
P max =（1+M ）2P C
式中：M 为调制度。

表1所示的是中波调幅发射机发射各功率成分的相对关系[1]。

由此可见，当M=100%时，边带功率最大，也只有载波功率的50％。

近年来，大部分台站采用音频处理器，有良好的动态范围压缩和提升，平均调幅度也只能达到60%左右。

也就是说，在发射机运行中，即使是全载波满功率发射，载波功率平均占总发射功率的85％,而真正有用的边带功率仅占15％，这是很不经济的，较大的载波功率被白白的浪费掉。

为解
决这个问题，广大广播科技工作者通过不懈的努力，进行大量的实验研究，希望找到一种彻底改变的途径。

1.1抑制载波
只发射含有用信息的边带功率。

这种方法，技术上是可行的，己在其他通信设备上得到广泛应用。

但是，在中波广播上是行不通的。

主要是发射和接收设备比较复杂，特别是接收机的成本大幅上升，广大听众不能接受，不利于普及，丧失了中波广播的优势。

1.2动态降低部分载波功率，即浮动载波技术
所谓浮动载波技术，是指载波功率跟随节目信号调制度的大小而变化的。

在低调幅度时，不含信息的载波功率要占总发射功率的90%以上。

这时，适当地向下浮动载波，降低损耗，随着调幅度增大，载波功率同步跟随，直到恢复到正常载波功率范围。

这样既不影响收听效果，减小对收听不起作用的载波功率的浪费，又保证了较大调幅度时的正常载波、边带功率。

浮动载波技术是载波功率的大小根据调幅度的高低上下浮动的。

要保证较好的接收质量和覆盖半径，当调制度为零时，应保留一定的载波功率。

一般情况下，
初始值应选在50%以上载波功率为好。

例如，选60％载波功率，当加上调制信号时，载波功率就会按照广播节目信号动态电平的大小在60％～100%之间变化，此时节约的载波功率将在64％～0之间变化。

通常，浮动载波调幅广播的载波电压在运行过程中平均值约为70％～80％，因此，平均节约载波功率约为51％～36％。

可见，浮动载波技术在节能方面效果是比较好的。

这一点在实际运行中得到证实。

2浮动载波技术在数字调幅发射机上的应用
随着现代科技的飞速发展，新一代高效率调幅发射机相继问世。

数字调幅中波发射机以其卓越的性能，积木化的结构设计，较高的工作效率，在广播系统得到广泛应用。

它独特的音频处理方式，使数字调幅发射机实现浮动载波技术，趋于简单化。

图1为数字调幅发射机模拟音频输入板(A35)电路方框图[2]。

音频信号经输入电路、平衡/不平衡转换、增益放大送到求和运算放大器N7B的反相输入端。

-15 V直流电压经电位器R37送到N7B的正相输入端，经N7B相加后，输入直流加音频的复合信号。

该信号的直流成分决定发射机最大载波功率的大小，其音频
成分决定调制度的大小。

当复合信号只有直流信号分量时，发射机工作于载波状态。

放大器N7B与相关器件组成最大载波功率设置电路。

调整电位器R27阻值可
以改变N7B输入端直流电压，从而改变载波功率。

调整R27使载波功率为11kW时，N7B输出的直流负电压约为1.5V，加1kHz信号100%调制时，N7B的输出为3V P-P值，复合信号如图2所示[3]。

由此可见，只要动态控制N7B同相输入端的直流负电压，就能控制载波功率的大小，很方便地实现浮动载波。

数字调幅发射机上的浮动载波控制电路如图3所示。

虚线内为另加的浮动载波控制电路。

音频信号取自模拟输入板A35、N9A的反相输入端，经音频峰值检波电路，变换成直流电平，该直流电平的高低直接反映调制度的大小。

输出分3路，分别送到过调制保护、浮动载波启动点设置、电子开关等电路。

音频信号的大小即调幅度的大小去改变N7B同相输入端直流负电压的高低，从而控制发射机载波功率的大小，以实现载波的浮动。

初始值的设置，调幅度为0时(M=0)，预置下浮载波功率可根据需要，在。

0～6范围内选择[4]；当调制度为100%时为全载波。

浮动载波启动点设置与电子开关电路组成浮动载波的控制启动点。

调制度达到某一设定值时，例如50％，在浮动载波启动点设置电路的控制下，电子开关接通，载波功率开始随着调制度的继续加大而向上浮动，如图4所示。

调制度低于浮动载波启动点B的幅度时，在浮动载波启动点设置电路的控制下，电子开关断开，载波功率运行在预置功率上，即受控曲线的AB段(预置功率
在-3dB)。

调制度超过50%时，运行在BC段，当调制度超过100％，达到105%以上时，过调
制限制电路启动。

载波功率保持在全载波状态，即受控曲线的CD段。

浮动载波的启动点B 可以根据需要调整来设定。

音频信号取自模拟输入板A35、N9A的反相输入端，经音频峰值检波电路，变换成直流电平，该直流电平的高低直接反映调制度的大小。

输出分三路，分别送到过调制保护、浮动载波启动点设置、电子开关等电路。

3浮动载波实用电路
3.1电路分析
浮动载波控制实用电路有多种，其工作原理及调试方法大同小异。

下面以l0kW数字调幅中波发射机浮动载波电路为例，简述其基本工作原理及调试方法。

图5是浮动载波电原理图。

N22B及周边电路组成音频放大电路，保证足够大的音频幅度，经VD20、R94、C90、C91、C100组成的音频峰值检波电路，使音频信号变为直流信号，该直流电平的高低直接反映调制度的大小。

N23A是门限控制电路，控制浮动载波的起浮调制度。

音频转换成的直流电平送N23A 的负端，与N23A正端电压相比较。

若负端电平大于正端电平时，N23A输出低电平，使N24电子开关电路脚11与脚13接通，反映调制度大小的直流电平通过电子开关，经N22A放大，控制N7B直流电平，从而达到控制载波功率上下浮动的目的。

N23B与V3组成过调制限制电路。

N22A构成浮动载波功率预置电路，可设置为全功率，半功率和1/4功率三挡。

VD21、VD22作用是对N7B脚5电平的最大值箱位，保证发射机最大功率稳定在l0kW。

3.2调试方法
K1-3是浮动载波预置开关，1是全载波，2是-3dB载波(半功率),3为-6dB(1/4功率)。

设置时，在无音频信号输入时，分别调整R101、R102、R103使发射机输出功率分别为l0kW、5kW、2.5kW。

K1-2是全功率设置开关，输入1kHz音频信号，达到100%调制度时，K1-2为1时是全功率；K1-2为2时(-3dB)调整R95，使载波功率达到l0kW；K1-1为3时(-6dB)，调整R96，使载波功率达到l0kW。

保护开关K是在调制度超过105%以上，实施保护，K1-1在1时是全功率；K1-1在2时（-3dB），调整R104；K1-1在3时(-6dB)，调整R105；当调制度大于105%以上时，使V3导通，将音频信号短路接地，防止过调制。

调整R22可以改变载波功率启动点的设置(图4中的B点)，启动点的设置范围可以在100％～90%调制度之间任意设置。

一般情况下，启动设置在40％～60%调制度之间较好，也可根据节目质量和需要设置。

3.3实验数据
根据对采用浮动载波技术的l0kW数字调幅中波发射机进行测试，输入加1kHz的音频信号，调制度在50%时，浮动载波启动。

预置功率分别为-3dB和-6dB。

测试数据见表2，依据表2数据绘出受控曲线如图6所示。

如果把图5中虚线框的电路取消，是另一种实用的浮动载波电路。

发射机工作在设定的载波功率上。

当音频信号增大，幅度超过设定值，会出现“负峰平头”时，可以通过“负峰检测器”所输出的电平来控制浮动载波的启动，载波功率上升。

浮动载波电平就随着调制度的增大向上浮动。

调试方法与图5电路大同小异。

4浮动载波技术需要注意的问题
浮动载波的变化速度直接影响发射机的指标和播出质量。

变化速度受载波启动时间常数和恢复时间常数的约束，应当选择合适的启动时间常数和恢复时间常数。

浮动载波应能良好地跟随调制信号的动态峰值电平的变化而变化，既不能过快，又不能过慢。

变化过快，将会产生外辐射频谱成分，有可能造成对临频道的干扰；过慢时，若预置载波功率较小，当调制信号从无到有或从小到大突然变化时，而仍处于比较小的载波值，就有可能出现比例失调，产生短暂的过调制，使己调的包络发生畸变，产生信号负峰值削波失真。

同时在使用浮动载波时，尽可能地预置足够大的载波值。

例如，在- 3dB(半功率)以上，一是可以限制载波值随调制信号动态电平的变化速度；二是可以防止调制信号的突然变化引起的信号失真。

预置载波功率也不能过大，否则影响节能，失去了浮动载波存在的意义。

浮动载波的变化速度是浮动载波技术的关键，必须设置合适的变化时间。

一般来讲，浮动载波启动时间常数应取0.1～1ms左右为宜；恢复时间常数(即从高调制度恢复到调制度为零时的值)，一般时间常数稍大些，下降的曲线较缓慢。

原因是，若恢复时间过程太快，当音乐节目由强音突然转为弱音时，会使音乐节目的动态范围变窄，影响收听效果，若恢复时间过长，则会影响节电效果，通常取l0～100ms左右。

浮动载波的变化速度与受控制曲线的斜率有关[7]。

斜率越陡，载波值变化的就越快，节电效果就好；反之，载波值变化就越缓。

受控曲线的陡、缓取决于浮动载波的启动点和预置载波功率的设置。

受控曲线较缓，影响节电效果；受控曲线较陡，容易影起对临频的干扰。

这两项的设置可根据具体情况，相互兼顾。

另外，在测试发射机各项指标时，应取消浮动载波。

因为加浮动载波后，测试的数据不能真实地反映发射机的指标，特别是信噪比，要优于无浮动载波的发射机。

5浮动载波技术的节能效果
浮动载波技术的节电是相对的，由一定的条件限制。

根据试验运行结果，l0 kW以上的数字调幅发射机，采用浮动载波技术运行时，发射机设置在-3dB载波功率(即5 kW)，调制度在50%时，启动浮动载波，平均调制度为7000，与普通调幅方式的发射机相比，可节电30%左右。

浮动载波技术的节电效率与以下因素有关:
(1)与预置浮动载波的起始功率(设置0～6dB)和受控特性曲线的形状有关；
(2)与转播的节目内容有关，语言节目相对音乐节目的节电效率就高一些；
(3)与节目的平均调幅度有关，平均调幅度越大，节能越低；
(4)与发射机的功率和整机效率有关。

越是大功率发射机，特别是数字调幅发射机的整机效率很高，一般可达80%以上，载波功率占所消耗的绝大部分，采用浮动载波技术运行时，节电的绝对数字是相当可观。

从20世纪30年代以来，人们一直在寻找降低调幅发射机能量消耗的途径。

虽然取得了一定的成效，但要彻底改变调幅发射机的能量消耗大的局面，仍需广大广播科学技术人员努
力奋斗。

参考文献
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