试析数字调制中波广播发射机的改频工程

王红红

（作者单位：陕西省新闻出版广电局宝鸡广播转播台）

宝鸡广播转播台目前的中波频率有3个，分别为603 kHz、900 kHz、1 143 kHz，发射机均为10 kW的数字调制发射机，备机均为1 kW的（Product Data Management，PDM）板式调制发射机。目前603 kHz、1 143 kHz双频共塔发射，900 kHz单频单塔发射，其运行状态稳定，接收及发射信号清晰。由于工作需要，台站要求从2021年8月20日起，将1 143 kHz改为1 098 kHz与603 kHz双频共塔发射，900 kHz改为1 557 kHz单频单塔发射。

中波发射系统的改频工作主要由发射机改频和网络改频两大部分组成（一般情况下，输出网络电路的调整不需要加电，而射频通道电路的调整大多需要加电），整个改频过程烦琐而复杂，故工作人员需要非常熟悉发射机的线路、工作原理及各个工作模块的电压、电流、工作状态等，并且要制订细致完善的工作计划，顺利完成改频工作。

1 前期准备工作

1.1 相关仪器的准备

改频工作需要用到的设备有：数字多用表、信号发生器、示波器、频率计、矢量网络分析仪、音频失真度测试仪等，若改频工作中涉及高频干扰，还需要额外准备阻抗电桥。

值得注意的是，在开展改频工作前，工作人员一定要确保上述仪器在检定周期内且性能良好，避免改频进程中仪器设备出现问题[1]。

1.2 改频电路的设计

改频电路的设计是改频工作的核心内容，而中波发射系统中阻抗匹配网络是最重要的一环，其作用是将发射机同特定负载阻抗连接并使得负载获得最大输出功率，阻抗匹配网络同时具有滤波功能，可消除其他频率对发射机的干扰。匹配系统具有防雷的功能，通过适当的电路形式与特定元件的应用，可降低雷电对发射机的影响[2]。

因此，在开展改频工作前，技术人员需要与厂家工程师一起对电路改频进行设计论证，确保改频工程的可行性，避免出现纰漏或者在改频中途出现临时变动。

另外，改频前需要对中波发射机和输出网络做一个测试，全面掌握与发射机及输出网络相关的各项参数，如改频前3个塔体与地线之间的阻抗分别为603 kHz（20 Ω-j57 Ω）、900 kHz（111Ω+j10Ω）、1 143 kHz（130 Ω-j110 Ω），发射机末端输出为50 Ω纯阻抗，而天线是一个复数阻抗（Ra±jXa），需要工作人员在发射机末端与天线之间设计一个既能使天线实部阻值和馈线阻抗相匹配，又能使天线虚部电抗为零的匹配网络，即Ra＝Zc，虚部±jXa。

2 功能调试

调频工作一般从调整频率合成器、调整前置放大器、调整射频推动级及调整输出网络4个方面着手调整，以下就从这4方面展开分析：

2.1 做好频率合成振荡器的调整

频率合成振荡器是发射机产生工作频率的核心，所以高频振荡器的频率稳定度一定要高。为提高它的频率稳定度，一般采用数倍于高频振荡器工作频率的晶体振荡器，经分频获得工作频率或工作频率的基频，再通过直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer，DDS）取得工作频率的电压信号。

在具体操作时，首先将频率合成器的拨码拨到工作频率（1 557 kHz、1 098 kHz），同时给频率合成器的输入端加22 V直流电压，在频率合成器输出端接示波器，此时示波器出现15 V方波信号。然后将输出端接入频率计，通过调整频率合成器的温补和晶体振荡器的微调电容，使频率计显示的频率在工作频率（1 557 kHz、1 098 kHz）的±3 Hz范围内变化。

2.2 做好前置放大器的调整

（1）插好缓冲放大板，同时给发射机加低压，然后缓缓调节滑动变阻器，使缓冲放大板输入的激励电压达到30 V。

（2）调整前级推动的串联谐振调谐电感，同时改变调谐电容使其谐振，测量前级推动的3个合成变压器的射频（Radio Frequency，RF）输入电压应达到振幅最大。

（3）测量合成变压器的输出端，调节并联谐振的电感，同时改变并联电容，使其达到并联谐振，使合成变压器的输出尽可能大。

（4）改变推动级的驱动电压，并旋转前级电压驱动上的电位器旋钮，使前级合成变压器的输出达到30 V（P-P）。

2.3 做好射频推动级的调整

给发射机加220 V高压，同时用示波器测量推动功率合成器的输出，调整推动合成器上的串并联电感，使其上电压＞50 V，波形为正弦波。然后给射频推动级施加115 V高压，并断开功放220 V电源，关闭发射机，再将推动电源调整器置于闭环状态，重启发射机，调整推动电源调整器上的电位器，使输出电压开环与闭环一致。在调整过程中，应注意前级推动的功放模块的温度不能太高，功放模块射频输入电压应在28 V左右，电源调整器的输出电压在40～80 V之间。

2.4 做好输出网络的匹配

输出网络由T网络和带通滤波器两部分构成。调整时首先应将带通滤波器与其输入端断开，将串并联谐振回路断开，将带通滤波器和T网络之间断开，然后将网络分析仪的两个测试端夹在串联谐振的两端，调整串联谐振的可调电感或可调电容，使串联谐振的实部在毫欧级，虚部在0附近跳动，即阻抗最小的串联谐振状态。接着将网络分析仪的两个测试端夹在并联谐振两端，并调整并联谐振的可调电感，使并联谐振的实部最大，虚部在0附近跳动，即达到并联回路的阻抗最大的谐振状态。之后开始调整T网络的3次谐波：（1）将网络分析仪设置到工作频率的3倍，通过调整T网络的对地可调电感，使其达到阻抗最小的串联谐振状态。（2）首先将网络分析仪预置在工作频率上，同时连接好T网络，并将50 Ω假负载与T网络输出端连接，然后将网络分析仪的测试端接T网络的输入端，通过调整T网络的两个串臂可调电感，使其阻抗达到实部50 Ω，虚部为0。（3）重新将带通滤波器与T网络连接，并用网络分析仪测试整个带通滤波器的输入端，通过调整并联谐振，使输出网络的输入阻抗为50 Ω纯阻[3]。

3 联机微调

将发射机接到假负载上，将控制板功放开关置于功率断电位置，之后接通功放电源，电压表接模拟输入板R19，测量范围设为（0 ～ +3VDC），按下“升、降功率”键后，此时电阻R19两端的对地电压会快速升降，然后将电压表测量范围设为（－3VDC ～ O），当R19两端的对地电压为0时，将功率断电开关打开。按下“升、降功率”健，此时输出功率与功放电流会同时增加，使功率上升到5 kW，同时应调整调谐可变线圈的旋钮，使功率输出最大。之后再次按下“升、降功率”键，使功率慢慢升到8 kW，如机器工作无异常，则慢慢将功率升到10 kW，调整调谐可变线圈的旋钮，使功率输出最大，输出电流最小，反射功率最小。

如图1所示，图1是将900 kHz改频为1 557 kHz单频单塔后的天调网络走线图，当广播信号从天线进入时，应用电感L4、L5和电容C4组成T网络进行阻抗匹配，串入的电感L4、L5用于抵消天线的－jXa，并入的电容C4用于抵消虚部电抗。同时应调整并联谐振电路工作频率的阻抗，使其≥5 kΩ，目的是隔离工作频率，并泄露频率旁路到地。

图1 900 kHz单频改为1 557 kHz单频工作后的天调网络走线图

之后可把电感L3和电容C3组成泄放网络，将1 071 kHz的信号泄放到大地，再用电感L2和电容C2组成泄放网络将1 098 kHz的信号泄放到大地，这样可有效抑制1 071 kHz和1 098 kHz信号的干扰，同时T网络也将原来天线（130 Ω-j110 Ω）的阻抗变成了（50 Ω+j0 Ω），使其阻抗成为与馈线特性阻抗相匹配的纯电阻[4]，电感L6与防雷球相连接地起防雷作用。

如图2所示，图2是将603 kHz、1 143 kHz改频为603 kHz、1 098 kHz双频共塔发射后的天调网络走线图，当广播信号从天线进入时，应将电容C10（250 pf）与电感L13（84 μh）串联后与电感L14（4.3 μh）并联，可对1 071 kHz的频率形成较高的阻抗（测其阻抗约为55 Ω－j86 Ω），使1 071 kHz呈阻塞状态，并将1 071 kHz信号过滤掉，电感L15串联防雷球接地起防雷作用。

图2 603 kHz和1 143 kHz改为603 kHz和1 098 kHz双频共塔发射后的天调网络走线图

然后把1 200 pf的电容C2与电感L3并联对1 098 kHz信号进行阻塞，将从1 098 kHz发射机馈线口进入的1 098 kHz信号过滤掉，同时可将电感L1、L2与电容C1（3 500 pf）组成T网络，将（20 Ω-j57 Ω）的天线阻抗变换成50 Ω的纯电阻。由于是双频共塔，因而需要加阻塞网络和泄露网络，这些网络对载频和上下边带频率呈现的阻抗不同，LC串接时载频和上下边带频率电抗差会累计叠加，产生边带反射，但边带频率较高时会使指标变差，反射变大，天线驻波比也变大，从而出现发射机关功放和降功率的情况。所以603 kHz频率天调室将C2、L3并联阻塞了1 098 kHz频率，将L1、L2、C1组成T型网络，目的是防止载频和边带的频率特性不强，造成发射机驻波比大，烧坏功放模块。之后应将电容C9（2 250 pf）与电感L12并联组成对603 kHz信号的阻塞网络，以此将从603 kHz馈线口进入的信号过滤掉。然后可把两个电感L10、L11与电容C8（2 000 pf）组成T网络，谐振后将（111 Ω+j10 Ω）的天线阻抗变换成50 Ω的纯电阻，并把电感L9与电容C7（300 pf）串联谐振，泄放1 061 kHz信号。此时这里是1 061 kHz频率的原因是1 071 kHz过于接近1 098 kHz，如果被陷频率与工作频率太接近，会造成工作频率流失，因而一般将被陷频率偏离两个频点（如果偏的太远会起不到陷波的作用）。但值得注意的是，被陷频率必须与工作频率形成一个感抗和一个容抗（XL＝XC），以达到阻塞工作频率的目的。另外，将泄放频点设置到1 061 kHz，既可以过滤掉大部分1 071 kHz信号，又能尽量减少1 098 kHz信号的流失，之后应将电感L7和电容C5（1 000 pf）串联泄放1 557 kHz信号。

最后一部分网络为603 kHz的陷波网络，陷波网络的设计不能对匹配网络造成影响，因此必须找一个适合接入的点。603 kHz频率低于1 098 kHz频率，在工作频率较高时呈容抗，反之呈感抗，高频率的输入阻抗呈感抗，低频率的输入阻抗呈容抗，与通过阻塞网络时的电抗刚好相反。

双频共塔时还会用到预调网络，究其原因，当双频的天线阻抗相差较大时，必须用预调网络对双频天线的阻抗进行预调，使双频到天线口的阻抗接近。当然，双频阻抗相差不大时可不加预调网络，加预调主要是为了解决两阻塞网络视在功率不平衡的问题，降低阻塞网络的功率。

陕西省新闻出版广电局宝鸡广播转播台的网络改频采取多级串、并连工作方式，这个复合网络既对本频1 098 kHz呈现出50 Ω的工作阻抗，又对603 kHz、1 557 kHz、1 071 kHz呈现出极低的阻抗，使其能量泄放到地，不会反射到发射机，从而实现对工作频率的谐振和有效传输，同时能够将其他频率的能量及时泄放到地，保障发射机的安全稳定播出[5]。改频试运行期间，1 557 kHz、603 kHz、1 098 kHz 3个频率都在10 kW高功率上运行，测试3大指标过程中，在假负载下，1 557 kHz频率和603 kHz频率的指标都不错，在甲级之上，只有1 098 kHz频率略差一点，通过示波器检测波形发现其中心点基本在原位，但两边的带宽有点偏，有一些落差值。这说明频率指标与调配室的天线网络有直接关系，具体包括相邻频率的干扰，以及外界天气、风力、温度等的影响。

笔者与厂家工程师一同分析后发现，1 098 kHz频率略差的根本原因是高频干扰，高频干扰信号进入发射机会改变电压波形，导致反射过大，使天线驻波比变大，致使发射机进行自我保护，即关功放和降功率。另外，高频回馈会产生额外杂音，使发射机信噪比下降，对失真度和频率响应造成影响，基于此，工作人员可适当降低1 098 kHz的功率做，使指标恢复正常。

4 结语

DAM改频是一项繁杂的系统工程，工作人员既要做好发射机改频，又要做好网络改频，通过初调确保其发挥功能，通过微调保证其精度。针对运行中出现的问题，工作人员应按照正确流程，在完成调试后，耐心、细致地进行联机微调，确保改频工作的精度，为广播发射机的顺畅运行提供保障。