中波广播发射机整机效率提升策略研究

李 静

（枣庄市枣庄转播台，山东 枣庄 277100）

国家广播电视总局于2022年9月发布《广播电视无线传输覆盖网管理办法》，内容包括总则、广播电视无线传输覆盖业务、利用卫星方式传输广播电视节目业务、广播电视无线传输覆盖网频率的使用、无线广播电视发射设备的订购以及无线广播电视设施的迁建和保护等。中波广播是广播电视无线传输覆盖的重要组成部分，中波广播发射机的效率与质量影响到中波广播无线覆盖网的覆盖情况。本文以中波广播发射机整机效率提升为研究方向，提出中波广播发射机整机效率提升的针对性措施，提高中波广播发射机运行可靠性，保障广播电视节目安全播出。

1.1 中波广播广播发射机的构成

中波广播发射机的构成包括射频系统、音频系统、智能控制及LCD触摸屏系统、显示系统、冷却系统、供电系统、防雷系统等。射频系统包括功率合成器、功率放大器、驱动以及调频激励器等[1]，采用DSP+DDS全数字化技术立体声调频激励器，使整机呈现接近CD音质的听觉效果。射频功放单元采用循环调制方式，有效提升功放单元使用寿命。音频系统由转换器、编码器及音频处理器等组成，负责音频信号的采集、处理、编码信号转化以及数字信号传输。音频处理器能够提升发射机平均调幅度，改善收听效果、保障安全播音。智能控制及LCD触摸屏系统是中波广播发射机的关键部分，以单片机为核心，智能控制系统有效控制中波广播发射机程序、电路、故障自检等，并通过LCD触摸屏直观显示主要数据及运行状况，配备微机接口，实现遥控、遥测、报警、联网及打印等操作。显示系统包括频率数码显示、调幅度指示、音频输入电平指示等，具备声光报警功能，一旦发射机出现过压、过流、过温等故障，显示屏显示与声音报警信号。冷却系统运用低噪声离心式风机，强制冷却，减少机房风机噪音，体现设备完整性。供电系统为中波广播发射机提供电能，保护功能齐全，具有过流、过压、过温等保护电路，以确保设备运行的安全。防雷系统在电源进线与射频输出级设置防雷设施与快速驻波保护电路，保证了雷电期间发射机的运行安全[2]。

1.2 中波广播发射机关键技术

中波广播发射机关键技术包括多路信号源技术、直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDS）技术、循环调制技术、浮动载波技术以及意外断电保护技术等[3]。中波广播发射机包括多个广播信号源，多通道信号源技术也被广泛应用于中波广播发射。直接数字频率合成以采样理论为基础，实现信号波形采样，形成相位-幅度表，存储在波形存储器（ROM）中。直接数字频率合成具备频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续、输出波形灵活、相位噪声低和漂移小、易集成、易于调整等优点。循环调制技术使中波广播发射机射频功放单元能够高效循环运行，降低功放温度，提升设备使用寿命，智能检测功放单元，在发射机个别功放单元故障时，仍能保证发射机功率、调幅度不变。浮动载波技术负责调试发射机载波功率，确保发射功率稳定传输信息，合理控制传输载波，完成中波广播发射机异常浮动载波调制，具备良好的节能效果。意外断电保护技术能够确保发射机突然断电情况下的预警与供电保护，保证中波广播数据输入输出正常运行。

中波发射机具有多系统组织，这些系统的设备情况与运行情况会影响发射机的整机效率。

（1）电源损耗。低压、高压供电电源损耗等问题，会影响发射机整机效率。

（2）功率放大器损耗。前级功效和末级功放由若干个功放板组成，功放板的消耗也会影响发射机整机效率。

（3）冷却系统损耗。当前冷却系统多采用风冷方式，所用风机损耗也会影响发射机整机效率。

（4）变压器损耗，低压、高压整流变压器、滤波阻流圈等损耗影响发射机整机效率。

（5）元器件损耗。交流接触器、继电器、电阻器、小线圈等损耗影响发射机整机效率[4]。

（6）各单位电路损耗。前置驱动、射频推动、射频分配器、音频输入板、A/D转换器及调制编码器等功率消耗也会影响到发射机整机效率。

3.1 高整变压器设计

中波广播发射机采用数字循环调制，连续调制能力可达100%，正峰调制能力在额定输出功率时可达140%。变压器在保证中波广播发射机正常供电基础上，要确保循环调制状态下的电压与电流稳定性。高整变压器设计过程要对电压调整率、效率、铜耗精准计算，安装过程要确保符合安装规范与标准，维修与调整过程要确保变压器能耗的稳定性。

3.2 功放管检修管理

场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET）即场效应管，是电压控制型半导体器件，具备输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优势，在中波广播发射机中应用普遍，也是易损坏、易消耗器件。中波广播发射机检修人员在检修过程中一旦发现场效应管损坏，要尽量选择同型号器件替换，没有同型号器件的情况下要选择同类型与同特性器件[5]。

3.3 冷却系统风机选择

风机是中波广播发射机降温冷却的重要器具，关系发射机整机能耗与功率放大器件安全。中波广播发射机风机装配要与其功率吻合，充分考虑风机数量、功率、风量、风压等因素。PDM 1 kW中波广播发射机、PDM 3 kW中波广播发射机等小功率发射机宜采用轴流风机强制风冷的冷却方式，DRM 10 kW数字中波广播发射机、DAM 25 kW数字中波广播发射机、DAM 50 kW数字中波广播发射机、DAM 100 kW数字中波广播发射机宜采用机内低噪声离心式风机，强制冷却，减少机房内风机噪音，体现设备完整性[6]。

3.4 开关电源选择

不同中波广播发射机的功率大小影响开关电源选择。低压直流供电与小功率发射机末级功放电源可选用开关电源，提升效率。超过10 kW功率的中波广播发射机不宜采用开关电源，仍采用变压器供电，整流LC滤波的稳定性更强。采用开关电源时，需加装大容量电解电容器，但调幅度增加时会影响发射机技术指标[7]。

3.5 输出网络调整

中波发射机的前置放大器、调制驱动放大器、功率放大器等器件都采用独立印制板接插式结构，能够有效提升发射机整机效率、电声指标以及运行稳定可靠性。发射机输出网络功率放大器前级、末级、输出网络要达到阻抗匹配，如果阻抗匹配不良，会导致反射功率增大，影响发射机整机效率。发射机输出网络适配情况关系到整机效率。中波广播发射线路容易受天气、环境因素影响，再加上发射机系统与设备长期运行的损耗，易出现发射机网络匹配失调、驻波比指标灯闪烁、功率下降等情况，需要调整发射机的输出网络实现适配。当前，中波广播发射机以全固态中波广播发射机为主，输出阻抗为50 Ω，75 Ω，在使用过程中要根据输出网络环境选择阻抗和输出端口。发射机运维管理人员需掌握输出网络的“冷调”“热调”调整方法，确保网络动态调到阻抗最佳匹配状态。

3.6 调制器效率提升

中波广播发射机调制器以导通状态、截止状态为主，脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）以音频信号对矩形脉冲作宽度调制，效率可达90%～95%。数字调幅方式（DAM）采用循环调制方式，不需大功率音频信号使射频功放单元轮流工作，热负荷均匀，在功放单元出现故障时，备份状态功放单元自动补上，确保了发射机功率、调幅度、指标的稳定性，提高功放单元使用寿命，减少发射机的功率损耗，提升整机效率。

3.7 发射机全固态化提升

中波广播发射机全固态化已经实现，降低了发射机射频功率放大器功耗，提升了中波广播发射机整机效率。当前，中波广播发射机全固化水平还有提升空间，可通过先进、简约设计理念，将激励器、功率放大器、输出滤波器、开关电源等设备合理布置于机箱中，减少各部件之间的连接电缆，提高发射机的可靠性与性能，简化操作，进一步提升中波广播发射机整机效率。

中波广播发是国家应急广播体系建设的重要内容之一，也是积极响应《广播电视和网络视听“十四五”发展规划》的重要举措。通过吸收国内外中波广播发射机先进经验与技术，运用DSP+DDS全数字化、直接数字频率合成、循环调制、数字调幅、浮动载波、LCD触摸屏控制及AES/EBU、音频处理器等先进技术，不断降低发射机功率损耗，提升发射机整机效率，有助于推动我国应急广播体系建设，提供覆盖城乡、精准管理、多场景应用的应急广播服务。

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