DAM全固态数字中波发射机的特点和组成

DAM全固态数字中波发射机的特点和组成
一、DAM全固态数字中波发射机的特点
（一）集成化：全固态发射机采用了半导体器件，较传统电子管发射机可靠性提高了4-5倍。

发射机的各个功能由相应的功能板完成，射频部分由频率合成器、缓冲放大板、预推动放大板、推动级放大板和末级功率合成器几部分组成。

10KW发射机末级由48块功率放大板并联组成，利用功率合成技术，既可以提高输出功率，又可以在某个功放单元出故障的情况下，保证不间断播出。

音频部分由音频处理板、模拟输入板、模数（D/A）转换板和调制编码板几部分组成。

控制和显示部分也是采用模块化的功能板，具备完善的保护功能，当检测出故障存在时，根据故障种类做出相应的保护动作（停机、降功率等），同时利用发光二极管或LCD屏显示故障状态。

（二）高效率：与电子管发射机相比，全固态发射机的效率有明显提高，因为不存在阴极，帘栅极等额外的功率消耗，省去了板调所特有的调制变压器、调制扼流圈等大型部件，在设计上采用高效率电路，使全固态发射机效率得到提高。

（三）高质量：采用数字调制方式代替旧的板极调制，场效应管工作在开关状态，热损耗小，振幅直线特性好，由于没有调幅变压器，在整个音频频带内可以获得稳定的甲级电声指标。

（四）数字化：DAM数字调幅发射机的调制部分采用了数码调制技术，但发射出去的信号还是模拟信号，仍属模拟广播的范畴。

二、DAM全固态数字中波发射机的组成
全固态数字调制中波发射机由射频系统、音频系统、电源系统和控制显示系统组成。

如图7.2.1为数字调制中波广播发射机原理框图。

数字调制中波发射机的工作原理
原理论述以762厂AM103S5-Ⅱ型数字调制中波发射机原理为参考标准。

一、射频（RF）系统
如图7.2.2为射频信号流程框图。

射频系统包括振荡器（射频激励器A17）、缓冲放大器（A16）、前置放大器（1个RF放大器A40）、射频推动级（3块RF
放大器A41～43）、推动合成器（A14）、推动电源调整板（A22）、射频分配器（A15）、射频功率放大器（48个RF放大器A44～A91）、功率合成器（A18～A20）、带通滤波器和匹配网络、射频输出取样板（A26）、射频输出监测板（A27）等。

RF部分由激励器产生一个RF信号，经缓冲放大器、前置放大器和射频推动级放大该信号到足以激励功率放大级。

功率放大级RF输出经合成后，送给一个
包含带通滤波器的输出网络，并送到一个50Ω（或75Ω、230Ω）RF输出端。

匹配网络可以很方便地匹配50Ω（或75Ω、230Ω）左右的负载。

（一）振荡器
RF信号是由振荡器产生的。

该振荡器为频率合成式振荡器。

它由温补振荡器、压控振荡器、鉴相器、分频器、放大器、外部RF信号放大器、信号自动切换电路等组成。

振荡器的输出馈送到缓冲放大器。

在振荡器电路中有一个外激励信号（同步激励信号）输入接口电路，它可将外来信号放大整形后作为机器的射频激励信号。

本电路还有一个主要功能就是主、备激励信号自动切换功能。

它是将外来信号做为主信号，本机振荡信号做为备用信号。

来自低压电源供电的＋22VDC通过F1输入，经相应的稳压器稳压后输出＋12V、＋9V、+5V直流电，为振荡器各部分提供电源。

（二）缓冲放大器
插入式缓冲放大器对振荡器的输出信号进行放大。

它包括3个放大级，第一
p 级由一块DS0026 MOS时钟驱动集成电路的一半组成，将来自振荡板的4～4.5Vp
-
p，方波信号经限流电阻R4去驱动第二级的TTL方波信号放大到幅度接近15Vp
-
放大器；由V1和V2组成的第二级放大器工作于高效的开关状态，在驱动信号激励下V1和V2发射极的输出在地和电源电压之间切换。

输出的方波信号经C2、L1、R5组成的宽带耦合网络耦合到T1初级绕组，缓冲放大板上第一、第二级放大器的供电取自经齐纳稳压管VD5稳压后的+15V电源；第三级射频放大器由两只功放CMOS场效应管（V3和V4）组成。

由T1变换出的两个激励信号成180O的相位差，输出信号是在地和+30V之间跳变的载频方波信号，经宽带耦合网络（C3、L2、Cll）和电阻网络耦合到前置驱动板（A40）的输入端。

来自低压电源+30VDC经推动合成器母板（A14）上的三只并联82Ω限流电阻，再通过印制板插座接到缓冲放大板上的熔断丝F3（1A）给缓冲放大板供电。

同时前置推动板（A40）的电源也是通过缓冲放大板上的熔断丝F1（2A）和F2（2A）供给的。

因此一旦缓冲放大板抽出后就无电源送往前置推动板。

当熔断丝F1、F2或F3开路时。

对应的VD1、VD2或VD3就会点亮，通过机箱正面中间门上的LED显示孔可观察到。

（三）前置放大器
本机共使用52块射频放大器模块。

其中1块用于前置放大器，3块用于射频推动级，其余48块用于射频功率放大器。

它由四只场效应管（IRF350）组成丁类桥式开关放大器。

前置放大器输出的方波信号经分配后得到6路正弦波的射频信号作为射频推动级的输入信号。

前置放大器板只用了一个半桥工作，母板上
的S1是A、B半桥的选择开关。

前置放大的射频输出经过串联调谐网络（L1和母板上的C3、C4、C5）送到驱动信号分配电路的输入端，（L1位于机箱的顶部）。

调谐L1和C3、C4、C5可使射频驱动信号最大。

前置放大板的电源电压是由母板上的X15选择，当X15的1-3连通时。

选择+30VDC供电，当X15的1-2连通时，选择+30～+60VDC供电，实际电压可调节
R1选定（R1位于机箱正面中间内机箱顶部）。

（四）射频推动级
射频推动级包括3块RF放大器模块，它们分别将前置放大器经射频分配器分配后的6路射频信号放大后，在推动合成器上进行功率合成输出。

其中两块RF放大器模块用来作为固定放大，另一块工作在可变放大状态下。

两块固定放大模块的工作电压为+115VDC，可变放大模块的工作电压由推动稳压器供给电源。

所有的放大器模块都工作在“开/关”状态下。

推动器1（A43）的功率放大板安装在推动器合成母板的X9中，以全桥方式工作，电源电压由推动电源调压板自动调整分别供电的。

当发射机功放模块发生损坏时，多数的CMOS管将击穿，造成极间短路，这会加重推动负荷，引起推动电平下降。

还有市电发生波动时也会引起推动电平的波动。

这时驱动器1A和1B 的电源电压会相继升高或降低以动态补偿推动负荷变化，从而获得稳定的射频推动信号电平。

驱动器2（A41）和驱动器3（A42）的功率放大板分别安装在X7、X8插座中，它们也是以全桥方式工作。

它们的电源直接取自发射机的非稳压+115VDC经推动电源调压板供电。

（五）推动合成器
推动合成器（A14）的作用是将射频推动级中3块放大器模块输出的信号合成后，作为射频分配器的输入信号。

推动合成器母板位于中间机箱的后面上部，打开发射机后门板（中间）从后面可接触到推动合成器母板。

除了用于调谐频率的可变电感器（L1、L2）安装在机箱顶部之外，母板上包括了驱动合成器所有的无源器件。

每个推动器的输出接入一阻抗匹配网络，匹配网络由可调电感、一个由频率决定的电容（FD）和合成变压器（T7、T10、T11）初级串联构成。

调整L2或用J31、J32调节电感抽头，可使输出网络谐振于工作频率。

调节合成变压器初级抽头的X17-X22，可调整三个合成变压器输出的电压比。

推动合成器的次级是一根穿过三个合成变压器磁环中心的铜棒。

铜棒下端与推动合成器母板上的通地点铜排固定，上端则与推动功率分配板中央孔联接。

合成器将来自功率推动器各部
分的射频推动电压叠加起来，输出到推动功率分配板（A15）。

发射机的射频功率合成器的次级铜捧从下面穿过这两个变压器磁环的中心与推动合成母板的通地铜排连接固定。

T8提供一个射频功率合成器电流取样信号送至输出监测扳
（A27）上的电压驻波比检测电路中。

由于射频推动合成母板上所有功率放大板均为长期工作状态，不需要经常切换，板上的VD7将低压电源送来的-8V稳压成-4.7V直流电源，作为这些模块的直流偏置，使它们处于长期工作状态。

（六）推动电源调整板A22
推动电源调整板用于提供一组固定的（+115VDC）和二组电压自动调整（0～+110VDC）电源电压，作为推动放大级（A41～A43）的电源，使得推动功率放大级始终能输出一个稳定的、幅度适宜的射频推动电压。

（七）射频分配器
它的作用是将推动合成器输出的射频信号平均分成96路射频信号，作为射频功率放大器中48块RF放大板的输入信号（每块板两路信号）。

推动合成器将推动合成器母板上三个功率放大板输出的RF信号功率合成后
的又经驱动分配变压器转换,在射频分配板上可得到低阻抗，输出幅度约30V
P-P
RF驱动电压。

以分配板中心为圆心的圆周上均匀分布着12只20芯插座，每个插座通过8根RF同轴电缆与功率合成器母板连接。

其96根电缆推动48块功率放大板，依次连接到每块功率合成母板上的X17、X18、X19和X20上。

必须确保所有96根驱动电缆等长，以使所有功放板上的射频推动信号等幅同相。

（八）射频功率放大级
在本机器中共用了52个完全相同RF功率放大板。

其中用作前置推动级（A40）和推动放大级（A41～A43）的四块功率放大器是插在推动合成器母板（A14）的插座中。

其余的48块RF功率放大板（A44～A91）则分别插在一块二进制射频功率合成母板（A18）和二块主功率射频功率合成母板（A19、A20）的插座里。

所有功率放大板的结构工作特性是一样的，具有完全的互换性，每块功率放大板可用于上述应用的任一位置，对发射机的性能几乎毫无影响。

RF放大器上另有附加的两个LED指示灯，每个RF放大器都配有两个保险丝。

如果一个放大器有故障引起保险丝熔断开路，LED发光管将指示开路保险丝的位置，同时RF放大器中的故障检测电路将该故障信号送给调制编码板，当调制编码板收到故障信号后，将该放大器置于退出（闲置）状态，用后面的放大器替换它。

（九）功率合成器
射频功率放大器中的48路RF放大器模块的输出信号是在功率合成器上进行电压合成的。

它是一个射频功率合成变压器。

其初级线圈就是各块功率放大器的输出线圈，次级是用一根铜棒穿过各块功率放大器输出线圈的磁芯来耦合的，负载阻抗为4Ω。

射频功率合成板的作用是将各功率放大板输出的射频电压叠加成一个总的射频输出电压。

在三块功率合成母板的背面装有48只磁环功率合成变压器，垂直的排成一排。

一根直径20毫米粗的铜杆贯穿于所有的合成变压器的中央，作为合成变压器的公共次级。

铜杆的上端穿过推动合成器母板上的T8、T9与通地点铜排固定，铜杆的下端作为射频功率合成板的输出端与网络柜连接。

总的射频功率输出出现在合成板下端的网络柜输入端上，阻抗约为4欧姆。

通常发射机射频输出功率是10kW，这时功放电源的电流约为50安培。

（十）输出网络
发射机的输出网络由二阶带通网络与T型阻抗匹配网络两部分构成。

带通滤波器的作用是滤除掉由RF放大器产生的多余的“台阶”和不希望输出的频率来完成D/A变换。

它的另一个作用是将合成器的输出4Ω阻抗匹配到50Ω（75Ω、230Ω）。

T形输出网络用于发射机和天线网络系统匹配。

它有“调谐”和“负载”两个调整线圈来完成匹配，同时来衰减谐波。

（十一）射频输出取样板
射频输出取样板（A26）用于电压驻波比故障相位检测和射频功率指示定向耦合器的射频电流取样和电压取样。

电压驻波比检测的电流和电压取样：电压驻波比检测包括天线电压驻波比相位检测和带通滤波器电压驻波比相位检测。

位于电路板下面的磁环绕组T1用于射频输出电流取样，50Ω点处的射频电流从T1磁环绕组的中心流过，绕组两端并联电阻R1、R2作为负载，并将绕组中的电流取样转变为电压取样输出。

射频功率指示定向耦合器：RF功率指示用于测量发射机的射频入射功率和由负载不匹配性而产生的反射功率，因此它也需要两组电流和电压取样。

位于电路板上面的磁环绕组T2是定向耦合器的电流取样元件，电阻R3～R6连接在磁环绕组两端，接成电阻串联中点接地形式。

这样既能将电流取样转变为电压取样，同时又能在绕组两端获得相位差成180O的电流取样信号。

由电容分压器C5、C6得到的电压取样和T2的非同名端（180O相位差）电流取样信号用于射频入射功率测量。

而C7、C8的电压取样和T2同名端（同相位）电流取样信号用于射频反射功率测量。

（十二）射频输出监测板
射频输出监测板是用于监测发射机射频通道输出的一块综合性检测控制电路，包含了天线和带通滤波器的电压驻波比检测和功放关断控制、射频入/反射功率测量、音频包络检波、射频包络监测取样电平等诸多功能，是发射机能以高性能指标、高可靠性运行的重要保证。

因此，发射机在每次上低压时，电路将自动进行自我检测。

输出监测板安装在机箱中间（前）门内左侧的最上面。

天线电压驻波比相位检波器：天线电压驻波比相位检波器也可称为“负载相位检波器”。

当发射机的匹配网络与天线系统调整得正确时，位于输出取样板
A26处的阻抗应是50＋j0Ω，电压和电流是同相位的。

当匹配网络或天线系统阻抗发生变化，或产生电弧时，电压和电流的相位关系就会发生变化，产生电压驻波比故障。

带通滤波器电压驻波比相位检波器：带通滤波器电压驻波比相位检波器也称为“网络相位检波器”或“输出网络电压驻波比相位检波器”，它由相位检测变压器T3及相关的初级谐振回路元件和电流电压取样幅度和相位调整器组成。

其结构、工作原理与调整方法和天线电压驻波比相位检波器是相同的。

电压驻波比判断电路：严重的电压驻波比故障能损坏功放模块和发射机其它元器件，所以一旦检测出电压驻波比故障大于设定值时必须立即关闭所有功放模块，并启动振荡同步电路避免损坏功放，同时向控制电路发出故障指示信号以对电压驻波比故障作进一步处理。

输出监测板仅使用+5V和-5V两组电源。

来自低压电源的±8VDC从X6-6、X6-7和X6-1、X6-2输入。

经稳压器N5、N6稳压成±5V电源。

±8V电源的输入端各接有一个0.5A熔断丝F1和F2。

当稳压电源发生故障时X2-21和X2-19由原来
的高电平变成低电平，并分别送往控制板去驱动故障处理电路和故障显示电路。

二、数字音频处理系统
发射机的数字音频处理系统主要由音频处理器板、模拟输入板、模数转换器板、循环调制编码板、直流稳压电源板等组成。

这部分的作用是将外来的音频信号转变为数字信号。

这个数字信号经过处理或“编码”，去控制RF放大器，即相应的“数字幅度调制”。

如图7.2.3为数字音频处理系统框图。

由音频处理器板将输入的600Ω平衡音频信号加以处理（主要完成音频限幅）后送入模拟输入板，经过模拟输入板将压缩（限幅）后的音频信号进一步处理，将一个含有直流分量的音频信号送给模数转换板（直流分量决定发射机的载波功率，音频分量用于调制发射机）和直流稳压电源（B-电源）板。

该信号经模数转换后形成一个12位的数字音频信号并经调制编码板编码后产生48个功放的开关
信号。

模数转换板还产生一个大台阶同步信号去控制模拟输入板上的抖动信号发生器，使系统的噪声最小。

（一）音频处理器板
音频处理器板是将音频信号在小于0dB时放大，而超过0dB时，使音频输出恒定。

恒定后的音频信号经音频输出调整电位器调整后，作为模拟输入板的音频（600Ω平衡）输入信号。

该电路由音频阻抗变换器、压缩器、窗口比较器、线性检波器、音频放大器、低通滤波器和输出阻抗变换器等几部分组成。

（二）模拟输入板（A35）
音频信号由音频处理器送到模拟输入板上，经低通滤波和阻抗变换后与一个负直流信号相加而产生一个“音频+直流”信号。

其中音频幅度决定调制电平,而直流电平的大小决定发射机的载波功率。

在模拟输入板上有一个数控衰减器，它接收来自控制板的BCD码，而组成功率因子为“0.000”到“0.999”的编码，以此来调节载波功率的大小。

该板上还有一套音频优化电路。

它是一个72KHz的三角波振荡电路，受变化的大台阶信号同步，将它叠加在“音频+直流”上能使低电平信号有更高的分辩率。

这个频率高于音频范围而刚好能被输出网络的带通滤波器衰减掉。

但它的频率和幅度不能太高。

用了这种辅助数字增长技术，能使数字音频信息达到13～14比特。

模拟输入板上还有一些附加措施，如：用“音频+直流”这个信号来调制一套B-电源，以改善大电流条件下开关管的开/关速度；以及为弥补馈线的功率损耗而设置的最大功率电平调整等。

（三）A/D转换板
来自模拟输入的“音频+直流”信号由模/数转换器变换为一个12位的数字字节。

经过调制编码板处理的数字信号，它被用来控制独立的RF放大模块的开/关。

功率放大级作用相当于一个数/模变换器，它产生一个高功率的调幅RF输出信号。

“音频+直流”的直流部分可以通过前面板的“升、降”功率按钮来控制放大模块的开/关，音频信号被附加到直流上。

模/数变换处理过程包括：由一个高速采样电路将时间分为相等的时间间隔；在每一个时间间隔里采样并记录模拟信号的幅度；对于每次所记录的采样，转换出一个代表采样的模拟信号幅度的12位数字字节。

（四）调制编码板
调制编码板是通过射频电缆将12位数字音频信息变换为控制功率放大级中的RF放大器模块“开/关”的控制信号，使发射机产生相应的载波和调制电平。

受调制编码器控制的射频功放共有48只,其中42只被称作“大台阶”功放，每个“大台阶”功放提供相等的电压输出供给功率合成器，还有6只被称作“小台阶”功放，分别提供“大台阶”功放输出电压的1/2、1/4、1/8、1/16、1/32
和1/64。

A/D转换器输出的前6位码为42只“大台阶”功放的控制信号，这6位码对应的十进制数即为开通的“大台阶”功放模块的数量。

“小台阶”功放由A/D转换器输出的后6位经存贮器直接控制。

调制编码器板的其它输入还有来自输出监测板的功放（PA）关闭信号。

调制编码器板的供电电源来自直流稳压器。

当检测到VSWR过高时，“PA关闭”信号立即关闭功放控制信号，以完成对RF放大模块的保护。

只要VSWR存在，关闭信号就存在，一旦VSWR消失，发射机将返回到正常的工作状态。

（五）调制B-电源
它的作用是通过控制功放模块的开/关时间来减少低噪声输出。

开/关时间由工作的模块数而定，在低功率电平上（包括调制负峰）只有几个“大台阶”导通时，每个功放负载很轻。

当有更多的模块加入工作时，模块的负载电流变大，因而必需使所需的开/关时间变快；在高功率电平上，模块的开通与关闭对负载电流影响变小，因而开/关时间应稍缓。

为减少噪声输出，B-电压要随着输出增加而更负，它随“音频+直流”信号作非线性变化。

在10kW、M＝1时，B-电压为-2V～
-6V变化，其中-2V对应M＝1的负峰、-6V对应M＝1的正峰。

B-电源实际是功放的动态偏置。

（六）平顶功能
当所有的“大台阶”功放（42只）均已导通，而调制信号还继续增加时，与最后一个台阶序号数加1（即43号）相对应的只读存贮器的输出端由低变高。

把它送到6只“小台阶”的控制端，使“小台阶”全部导通。

这样虽然调制信号还增加，而合成的射频输出已到最大值，即射频功率已被箝位到最大值，直到调制信号降下来为止。

如果不这样处理，最后一只“大台阶”（42号）与6只“小台阶”将会交替导通，射频输出顶部呈现63/64的锯齿交错，而带来难听的声音。

（七）直流稳压器
直流稳压器产生调制编码板所需要的B+（+5VDC）和B-电源。

从模拟输入板采样来的“音频+直流”信号调制直流稳压器的“B-”输出电压。

调制的B-电压是功放级中RF放大模块的偏置电压，通过改变开启/关闭模块的时间以使失真和噪声最小。

三、控制系统
监测控制系统由控制板、显示板、外部接口板等组成，主要包括开关机控制逻辑、功率控制逻辑、故障判断及处理和外部信号处理接口几部分，如图7.2.4所示。

监测控制器的主要功能：开/关机控制逻辑对高压电源实施控制，同时产生相应的控制序列，对发射机各个部分进行控制。

功率控制逻辑可以对发射机的功率电平进行设置和改变，使发射机的功率在0-10KW之间连续可选并具有瞬间断电保护功能，为了对发射机实施强有力的保护，故障处理电路对发射机的各部分进行反馈控制。

外部信号处理接口为发射机的外部控制提供了通道，有利于远地控制和计算机监控。

（一）控制器
控制器电路包括：开/关逻辑控制；指示灯驱动；供控制板和显示板用+5V 、+15V 、-15V 的电源稳压器。

图7.2.5表达了各功能控制之间的逻辑关系。

1.
控制信号有关机、降功率、升功率、高功率开机、中功率开机、低功率开机六种类型；输入方式有面板控制、遥控输入和故障反馈输入三种。

2. 控制信号的优先权
数字发射机三种输入方式有可能会同时发生，
为了避免不同来源的控制方式同时输入而发生程序错乱，并考虑到控制信号等级的差别，
控制系统对控制信号采取了优先编码措施。

控制信号优先权的次序如下图7.2.6所示：
除了升、降功率的控制信号外，高、中、低功率开机命令和关机命令都有锁存功能，且锁存器有后备电源，一旦停电，在短时间内来电，锁存器能工作在停电前的状态。

3. 开/关机控制逻辑
开/关机逻辑控制就是控制高压继电器K1和K2的逻辑。

来自于控制逻辑的开机命令产生一个1.6秒的开机脉冲，送到直流稳压板（A30）上K1的驱动电路，使K1吸合，吸合1.6秒后自动断开；在K1吸合1.1秒时，控制逻辑产生K2驱动信号，K2吸合，K2辅助接点接通+22V信号，经防抖电路和逻辑转换电路产生一个自锁电路，保证K1断开后，K2能保持吸合。

在执行关机操作，或出现1类故障或三路控制电源（±15V和+5V）任何一路偏越界限时，都使K2失电脱落，K2脱落自保，K1也会失电脱落。

4. 功率控制逻辑
发射机可以预置高、中、低三种功率档次，选用那一种功率档次，分别由“高功率开机”、“中功率开机”和“低功率开机”信号来控制。

在维护过程中，若需要很快的功率变化，可以按动控制板上的按钮S4的同时再按升功率键，以提高升功率速度。

任何一个电源故障，会产生数据清零信号，它将清除模拟输入板上功率控制数据，使输出功率降为零。

同时使开/关机逻辑中的高压关闭。

5. 控制信号状态指示
所有的控制信号将分别有两路输出指示，一路点亮所对应的发射机前面板按钮开关指示灯；另一路则输出至外部接口板作遥控或扩展控制板的指示。

6.“联锁状态”故障
联锁状态包括：门联锁、外部联锁及联锁串。

联锁故障属于1类故障，当门联锁、外部联锁或联锁串电路中的+30V电源有故障时，除了发射机相应的指示灯会被点亮外，发射机也将会关闭。

7. 电源供给
控制板上+5V稳压电源供给板上所有的逻辑电路；电源+15V和-15V供给模拟监视器、电表缓冲器及驱动器上的逻辑电路。

后备电源+5VB由一只1F电容和三节电池组成，当外界断电时，由它提供锁存器用电，保证数据不会丢失。

（二）监测显示器
全固态数字调制发射机对保护措施要求比较高，它的自动处理故障逻辑也比较复杂，这对保护机器的安全运行是非常必要的。

监测显示板是整个发射机故障检测和保护处理单元。

它主要对各种故障进行监测和分类处理。

前面板上的双色。