杜志忠

摘 要：調(diào)頻激勵器是調(diào)頻廣播的心臟，本文介紹了調(diào)頻廣播激勵器的發(fā)展，激勵器系統(tǒng)的組成，硬件電路的工作原理和軟件實(shí)現(xiàn)的功能。

關(guān)鍵詞：DSP；立體聲編碼；ALC

中圖分類號：TN934.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

調(diào)頻廣播可以實(shí)現(xiàn)立體聲和多路廣播，具有高保真度，信噪比高，沒有串?dāng)_，效率高及體積小使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此調(diào)頻廣播的聽眾越來越多。近幾年調(diào)頻廣播的技術(shù)不斷更新，特別是調(diào)頻廣播的激勵器。作為調(diào)頻發(fā)射機(jī)的核心，激勵器將輸入的音頻信號及附加業(yè)務(wù)信號合并處理成基帶信號，然后將基帶信號調(diào)制到調(diào)頻載波的頻率范圍（87MHz～108MHz）內(nèi)，已調(diào)信號由激勵器放大器放大后輸出。調(diào)頻激勵器負(fù)責(zé)調(diào)頻發(fā)射機(jī)的信息處理，又擔(dān)負(fù)了發(fā)射機(jī)的一部分故障報(bào)警處理。調(diào)頻激勵器的性能決定了發(fā)射機(jī)的優(yōu)劣，它還對發(fā)射機(jī)整機(jī)的工作進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)整機(jī)輸出功率異常時進(jìn)行自身功率輸出的調(diào)整，來保證發(fā)射機(jī)整機(jī)和激勵器自身的正常工作。

一、調(diào)頻激勵器的發(fā)展

調(diào)頻激勵器依據(jù)信號處理方式的不同，分成模擬激勵器和數(shù)字激勵器。數(shù)字激勵器的主要技術(shù)是利用DSP（數(shù)字信號處理）和DDS（數(shù)字頻率直接合成），具有高信噪比，低失真，易于組建單頻同步廣播網(wǎng)，主要用于DAB（數(shù)字音頻）廣播系統(tǒng)。模擬激勵器采用頻率調(diào)制技術(shù)和模擬信號處理，經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展模擬激勵器的技術(shù)指標(biāo)基本和數(shù)字激勵器差不多，同時為了適應(yīng)數(shù)字廣播技術(shù)的發(fā)展，支持?jǐn)?shù)字音頻格式的輸入，模擬激勵器在模擬載波調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)字音頻接口，對輸入的音頻信號進(jìn)行DSP處理編碼，編碼后的信號經(jīng)過了數(shù)/模轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行調(diào)制。這種方式適應(yīng)了技術(shù)發(fā)展的需要，也為以后數(shù)字廣播奠定了基礎(chǔ)。

雖然數(shù)字激勵器的性能要優(yōu)于模擬激勵器，但它的成本遠(yuǎn)高于模擬激勵器，同時經(jīng)過多年的發(fā)展，模擬激勵器的使用范圍非常廣泛，今后一段時間還將是調(diào)頻廣播的主要激勵器。本文介紹的是新型模擬激勵器。它由硬件電路和軟件系統(tǒng)兩個部分構(gòu)成，硬件電路實(shí)現(xiàn)了對調(diào)制音頻信號的處理編碼，合成基帶信號后完成調(diào)頻調(diào)制，然后由功放級放大輸出射頻信號；軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對硬件電路工作狀態(tài)的監(jiān)控，并依據(jù)要求實(shí)現(xiàn)的功能對發(fā)射機(jī)進(jìn)行智能化管理。

二、調(diào)頻激勵器的硬件構(gòu)成與工作原理

調(diào)頻發(fā)射機(jī)的硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)，包括音頻處理器模塊、調(diào)頻調(diào)制器、激勵器功放、控制顯示通訊系統(tǒng)、電源模塊和風(fēng)機(jī)。

1 音頻處理器模塊。音頻處理器模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)立體聲編碼，立體聲編碼的制式有兩種，抑制副載波調(diào)幅方式（導(dǎo)頻制）和極化調(diào)制方式（雙邊帶調(diào)幅）。當(dāng)前世界范圍廣泛采用的是“導(dǎo)頻制”。目前比較先進(jìn)的音頻處理器模塊都支持單聲/立體聲/復(fù)合信號的處理，及附加業(yè)務(wù)信道，同時提供數(shù)字音頻（AES/EBU）的音頻接口。音頻處理器模塊包括預(yù)處理電路，預(yù)加重電路，低通濾波器，立體聲編碼器電路和限幅器。

預(yù)處理電路調(diào)整輸入左、右路音頻信號的幅度，實(shí)現(xiàn)平衡或不平衡的阻抗選擇，設(shè)置音頻衰減量，將一定范圍內(nèi)的音頻信號電平設(shè)置為標(biāo)稱電平，輸入標(biāo)稱電平時輸出的基帶信號相對載波的頻偏為75kHz。預(yù)加重電路提供預(yù)加重常數(shù)選擇，通過選擇開關(guān)選擇50μs或75μs常數(shù)。低通濾波器將15kHz及以上的雜波信號濾除，保證30Hz～15kHz的音頻信號通過，同時抑制了導(dǎo)頻信號（19kHz），對導(dǎo)頻和大于導(dǎo)頻的雜波抑制度超過50dB，在30Hz～15kHz的音頻范圍內(nèi)的平坦度低于0.1dB。立體聲編碼器有矩陣式、硬開關(guān)和軟開關(guān)三種編碼方式，常用的編碼方式為軟開關(guān)方式，它具有低失真和高分離度的優(yōu)點(diǎn)，軟開關(guān)將左右路信號和導(dǎo)頻混合處理，編碼后的信號有導(dǎo)頻音、左右路信號、復(fù)合信號、抑制副載波的左右路信號差S，好的立體聲編碼器的失真度小于0.1%，分離度大于65dB。限幅器處理輸入超過標(biāo)稱電平的音頻信號，控制輸出基帶復(fù)合信號的幅度，降低總的調(diào)制頻偏。

2 調(diào)制器電路。調(diào)頻載波由集成鎖相環(huán)路產(chǎn)生，并將編碼器的基帶信號調(diào)制到載波上。采用集成鎖相環(huán)路技術(shù)使調(diào)制器控制和設(shè)置頻率變得容易，跟蹤特性良好，頻率穩(wěn)定度高（±1ppm以內(nèi)）。調(diào)制器電路包括VCO電路，鎖相頻率合成電路，電平調(diào)理電路，環(huán)路濾波器，捕捉帶控制電路，電調(diào)衰減器和放大電路。

電平調(diào)理電路調(diào)整合成基帶信號的幅度，使標(biāo)稱音頻電平輸入時頻偏控制在75kHz（調(diào)制度為100%）。VCO振蕩器采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻方式輸出振蕩信號。鎖相頻率合成器電路具有鑒相器和分頻功能，VCO振蕩頻率分頻后與基準(zhǔn)頻率鑒相比較后輸出的差拍信號送至環(huán)路濾波器進(jìn)行鎖定，輸出直流信號。環(huán)路濾波器濾除混在差拍信號中的高頻干擾及和頻成分后將信號送至VCO中，使振蕩信號接近鎖定值。撲捉帶控制電路先擴(kuò)大捕捉范圍，支持快速鎖定，鎖定后捕捉范圍減小，降低干擾。提供電調(diào)衰減器，支持功率輸出的自動控制。輸出放大級對VCO輸出的射頻信號放大，使信號能夠驅(qū)動激勵器的功放，同時提高激勵器的抗干擾能力。

3 激勵器功放。激勵器功放由推動級、末級功放、低通濾波器和定向耦合器組成。推動級和末級功放將已調(diào)載波信號放大，通過低通濾波器濾除載波的高次諧波后經(jīng)定向耦合器輸出。末級功放管一般工作于丙類工作狀態(tài)，目前許多激勵器的功率控制環(huán)節(jié)（ALC）通過調(diào)整末級功放管的集電極電壓或推動級的MOS場效應(yīng)管柵極電壓來對激勵器功率輸出調(diào)整。定向耦合器一般采用微帶方式，也有采用傳輸線或電容耦合方式，功率檢波一般采用二極管峰值檢波，現(xiàn)在較新的辦法是采用線性功率檢波器。

4 控制顯示通訊系統(tǒng)?？刂骑@示通訊系統(tǒng)負(fù)責(zé)用戶設(shè)置激勵器的工作參數(shù)，查詢激勵器的運(yùn)行狀態(tài)顯示，監(jiān)視和維持激勵器的正常工作，與調(diào)頻發(fā)射機(jī)末級功放形成環(huán)路實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動功率控制。提供遠(yuǎn)程通訊接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對激勵器的控制管理。

5 電源模塊和風(fēng)機(jī)。激勵器電源模塊過去多采用線性變壓器，現(xiàn)在一般多采用開關(guān)電源，采用開關(guān)電源的好處是有效地降低了EMI和電源紋波的干擾，而且功耗很低。激勵器風(fēng)機(jī)吹走了激勵器末級功放產(chǎn)生的熱量，保證了激勵器的正常運(yùn)行。

三、激勵器軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

完備的激勵器控制軟件至少要實(shí)現(xiàn)人機(jī)通話，遠(yuǎn)程遙控，實(shí)時監(jiān)測，存儲查詢數(shù)據(jù)，故障報(bào)警保護(hù)，切換工作狀態(tài)等功能。

軟件系統(tǒng)提供可靠的人機(jī)通話界面，方便用戶提供輸入設(shè)置和查詢，顯示激勵器開機(jī)至關(guān)機(jī)的各種狀態(tài)參數(shù)。激勵器軟件支持聯(lián)網(wǎng)，保證遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊，完成遠(yuǎn)程遙控功能，一般激勵器提供網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口和串行通訊接口（RS232），實(shí)現(xiàn)對激勵器的在線工作參數(shù)修改和狀態(tài)查詢。軟件具備監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前激勵器和整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，實(shí)時更新顯示的數(shù)據(jù)狀態(tài)，維持激勵器和整機(jī)形成ALC功率自動控制及激勵器內(nèi)環(huán)功率穩(wěn)定輸出。軟件系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)分析能力，當(dāng)激勵器或發(fā)射機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)異常時，提供報(bào)警并執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動作，同時記錄故障信息，為用戶提供故障查詢。提供數(shù)據(jù)存貯功能，存儲的功能包括對用戶設(shè)置的工作參數(shù)，激勵器和發(fā)射機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)，查詢存儲的歷史數(shù)據(jù)方便用戶對發(fā)射機(jī)和激勵器自身的長期運(yùn)行狀態(tài)提供預(yù)測分析。當(dāng)前為了確保發(fā)射機(jī)的正常播出，多采用雙激勵器熱備份主備工作方式，激勵器軟件需要支持工作狀態(tài)在主和備工之間快速切換的功能。

此外一個良好的激勵器軟件系統(tǒng)還應(yīng)該支持智能化控制，自動識別內(nèi)外環(huán)工作狀態(tài)，對運(yùn)行狀態(tài)的緩慢變化具備長期監(jiān)測和緩慢糾正恢復(fù)的功能，具備定期自檢功能，當(dāng)激勵器自身運(yùn)行出現(xiàn)故障后自動復(fù)位，重啟系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)良好的自檢糾錯能力是保證設(shè)備實(shí)現(xiàn)無人值守的關(guān)鍵。同時還要具備支持?jǐn)U展功能和方便用戶系統(tǒng)升級。

結(jié)語

隨著數(shù)字技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，調(diào)頻廣播在一定程度上受到來自新媒體的沖擊，但由于移動接收用戶（家用汽車普及）的增加及調(diào)頻廣播的立體聲魅力，使調(diào)頻廣播的地位得到了增強(qiáng)，調(diào)頻廣播還有很大的發(fā)展空間。本文對調(diào)頻激勵器的功能與原理的分析對電臺維護(hù)人員具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王艷玲.談?wù)剶?shù)字調(diào)頻激勵器的原理與故障檢修[J].通訊世界，2015（04）：3-4.