CN1008039B - 调幅广播发射机 - Google Patents

Abstract

在一具有开关放大器作为主调制器(12)的调幅广播发射机中，为了在最低限度调制下达到稳定100%调制，在射频电路中采用了附加调制器(18)，借助于该附加调制器也可以在最低限度调制下调制载波信号。控制附加调制器(18)所需的低频信号通过延迟电路(16)和校正电路(17)。

Description

本发明涉及广播工程，特别涉及具有下列各部分的调幅广播发射机;

一个射频输出级，配备有至少一个输出级电子管;

一个主调制器，呈开关放大器的形式，给输出级电子管输出由低频输入信号确定加以调制的阳极电压;和

一个射频电路，带有一个产生载波信号的载频源和接在后面的放大该载波信号并将其传送到输出级电子管控制栅极的激励级。

在调幅高功率广播发射机中，例如发射功率为几百千瓦的短波或中波发射机，所能达到的效率对运行费用极为重要。尤其是调制器所采用的结构和工作方式，对发射的效率具有决定性的意义。

因此最近的作法是用配备有半导体器件以脉冲宽度调制（PDM）（见，例如，欧洲专利EP-BI    0025234）的方式工作或构成所谓脉冲分步调制器（PSM）〔见，例如，《布朗·包韦利评论》（Brown    Boveri    Review）一九八五年第五期，第235～240页〕的开关放大器代替通常一直沿用到现在的配备有两个大功率电子管的B类推挽式调制器。

在两种情况下，调制需用的低频输入信号的功率放大，再也不借助于线性放大器，而是在恒定输出电压下借助于对转换级的时控接通和断开。已放大的模拟信号然后借助于位于开关放大器输出端的低通滤波器加以恢复。

在PDM调制器的情况，由于所采用的开关元件的开关时间是有定限的（例如半导体开关元件），所以宽度调制过的脉冲，其脉冲持续时间 不能小于最小脉冲持续时间。结果是，当调制真正为100%（m＝1）时，在最低调制时，也就是说在低频输入信号最低时，不能达到射频输出功率所需的零值，因为开关放大器给射频输出级输出的是最低调制功率，低于该功率时它就不能工作。因此这类调制器不能达到100%的全调制。

对PSM调制器也应考虑同样的问题，因为除了需要用（例如32个）转换级将输出电压调节成近似阶梯状外，还需要借助于叠加的脉冲宽度调制进行近似阶梯状的细调。

因此本发明的目的是创造一种借助于制成开关放大器形式的调制器使其具有许多优点且能进行100%全调制的调幅广播发射机。

在开头所述的那种调幅广播发射机中，上述目的是这样实现的：为了即使在最低限度的调制下也能达到100%的调制，我们配备了这样一个装置，借助于该装置，通过控制由低频输入信号确定的载波信号在最低限度的调制下可以连续达到射频输出级所输出的射频输出电压的零值。

因此本发明的核心，除周知的对输出级管的阳极电压进行调制外，还在于在最低限度调制情况下对载波信号进行接近100%的调制，以便通过这个方法通过控制输出级电子管的栅极连续调定射频输出电压的零值。

对载波信号的这种额外调制，最好借助于安置在射频电路中紧接载频源之后的附加调制器进行。

在这种配置方式中，控制附加调制器所需的低频输入信号特别是可直接在主调制器的输入端获得，然后通过一延迟电路加到附加调制器上，该延迟电路起补偿主调制器中信号渡越时间的作用。

在延迟电路与附加调制器之间配置一个校正电路还特别具有这样的好处，即校正电路尤其是可以补偿射频输出级和附加调制器的非线性，并预定此调制过程开始的附加调制器中载波信号额外调制的起始点。

下面参照附图借助于一些例示的实施例更详细地介绍本发明的内容。附图中：

图1是周知的PSM调制器基本结构的示意图;

图2是图1调制器输出电压的示意图，其中例示了信号变化的阶梯状的近似形状;

图3是开关放大器中脉冲宽度调制的曲线图;

图4例示了在最低限度调制情况下已调制的射频输出电压;

图5是本发明广播发射机一个最佳实施例的方框图;

图6是根据图5的附加调制器和校正电路的效果良好的实施例的详细电路图;

图7是根据图5的延迟电路效果良好的实施例的详细电路图。

下面的说明是以带PSM调制器的广播发射机为基础的，但并不因此限制其普遍性。

图1是开头所说的《布朗·包韦利评论》印制文件中周知的那种PSM调制器的基本电路图。调制器的中心部分是由多个类似的转换级7组成的开关放大器。

各转换级7的输出电压Us大致上恒定，它确定着稳定信号变化近似情况的阶梯的高度（图2）。为产生此输出电压Us，各转换级7连接到电源系统变压器1的个别二次绕组上，变压器1的一次侧系跨接在，例如，中压系统（3…24千伏）上运行。

各二次线图的交流电压在各转换级中借助于整流器8加以整流后，由平流扼流图9及电容器组2的组合体进行平流。各转换级7可借助于其输出端的相应转换开着3依次串联起来或从串联电路上解除连接。

转换开关3是经由电位隔离光波导5借助于转换级控制系统4由低频输入端10的低频输入信号确定加以控制的。

串联联接的转换级7的总输出电压Us加到低通滤波器6上，稳定模拟信号即以放大了的形式通过低通滤波器6恢复。图2例示了低通滤波器6之前的阶梯状电压曲线和低通滤波器6之后的平稳输出电压U_A的曲 线。这里所示的输出电压U_A，在其平均值14千伏的附近起伏。

在周知的那种广播发射机中（该广播发射机的方框图即如图5去掉了带阴影线的功能方框的剩余部分），采用了图1的开关放大器作为主调制器12，后面接有低通滤波器6。输出电压U_A用作输出级电子管13的已调制的阳极电压，输出级电子管13在多数情况下是个高功率四极管，用于低通滤波器后面的射频输出级14中。

载频（其波幅将用低频输入信号调制）来自载频源11，载频源11是个振荡器或频率合成器。载频信号从载频源11出来，（沿图中虚线的路径通过）在前置放大器20和射频激励级19中经过放大后，加到射频输出级14中输出级电子管13的控制栅级上。

前置放大器20在大多数情况下是个宽带晶体管放大器，射频激励级则往往配备有激励管。它们与载频源11和射频输出级14一起构成射频电路，有关该电路更详细的结构可参看，例如，《布朗·包韦利评论》印制文件一九八三年第5/6期，第235至240页。

前面已经谈过，开关放大器中转换级的数目较少（例如32个），这意味着，要使稳定信号达到细致的近似程度，必须增设脉冲宽度调制，以便使曲线更平滑地变化。于是串联电路中的至少其中一个转换级输出图3所示的周期为T、脉冲持续时间（用双箭头表示）变化着的脉冲。在此脉冲宽度调制方式下，由于所采用的开关元件的开关时间受一定的限制，因而脉冲持续时间不能低到画阴影线的最小脉冲持续时间以下。

这就是说，和图2所示的理想化的情况不同，在100%调制的情况下，在最低限度调制时不能连续达到U_A＝0。因此在发射机的输出边，在天线15上，出现图4所示的信号，其中载频TF出现一个不能紧跟在100%调制下在最小值处的曲线（图中以一长划表示）而只能取有限最小值Em的包络E。但由于曲线的这种变化相当于增加了失真，因此在现有技术的发射机中不能采用100%全调制，而调制只能达到包络在最低限度调制下各 情况达到最小值Em时的百分比。

为了能使主调制器12保留其开关放大器的形式连同其所有优点不变，但同时有可能进行稳定的100%全调制，在射频电路中将载波信号另外调制，这就是说，按照本发明在包络达到最小值Em时在最低限度调制的临界点大大减小载波信号。采用这种方式，尽管阳极电压在其最小值保持恒定，可以通过输出级电子管13的控制栅极在最低限度调制下进一步减小射频输出信号。这一下通过阳极电压和载波信号的联合调制就可以进行100%调制而不会有任何缺点。

在图5的本发明的最佳实施例中，在射频电路中紧接着载频源11之后插入了附加调制器18（在此情况下长划线没有什么意义），供额外调制载波信号之用。

控制附加调制器18所需的低频信号直接在主调制器12的输入端获取，这就是说，在可能出现在低频输入端10的输入滤波器之后获取。由于主调制器12的信号渡越时间较长而两调制过程必须及时彼此匹配进行，因此延迟电路16必须首先插在特别是在较高的调制频率下对主调制器12引起的信号渡越时间补偿作用的附加调制器18之前。

低频信号除在延迟电路16中延迟之外，还应在校正电路17中事先加以校正，其原因如下：

射频输出级14具非线性;

附加调制器18也具非线性;

额外调制的起始点只在高调制区域中;

使输出级管13对Ig的影响最小;

使射频频谱中没有额外的乱真辐射。

图6是附加调制器18和校正电路17效果良好的实施例的详细电路图。

实际的附加调器18由一个两级可控衰减器组成，该衰减器的双场效应晶体管T3、T4后面接有带晶体管T5的阻抗变换器，这是为了防止后面 的前置放大器20对衰减器施加无法一一列举的任何负荷。

校正电路17系构成带有运算放大器V1至V4的非线性放大器。基于上述诸原因，要额外调制载波信号只需要较窄的负峰值，但不能有任何不规则的过渡。该非线性放大器主要从低频输入信号获取它所形成的窄负峰，并将其送到附加调制器18上。

假设调制信号是正弦的（见，例如，图4），则正弦波的上部分因二极管D5至D8具有非线性电阻而大大被压缩。

加入由二极管D1、D2和运算放大器V2获取的甚至还要窄的正弦波峰会影响负波峰的形状，负波峰的波幅可借助于电位计P3加以调节，以改善在100%调制时总的谐波失真。

晶体管T1和T2以及诸发光二极管形成指示电路。当达到100%调制时，由在各调制峰时导通时间足够长的晶体管T1和T2构成的单稳态触发电路激励着发光二极管（LED），使其发亮。该指示电路主要供辅助调节之用。

电位器P1用以设定低频输入电平，电位器P2用以设定所需的起始点。匹配晶体管T3、T4的调制特性，从而所要求的包络形状则借助于电位器P4和P5来完成。

附加调制器18的频率范围达30兆赫。

图7是延迟电路16效果良好的实施例的详细电路图。鉴于传统为达到所要求的延迟时间和低频范围所需的延迟线过于昂贵，因此图7的延迟电路由三级有源低通滤波器与一可调节全通滤波器结合构成。

该三级低通滤波器借助运算放大器V5至V7加以实现。电位器P6可按需要用以校正在更高频率下的振幅特性，电位器P7则用以在4千赫左右调定主调制器和附加调制器之间的一致性。

图7的延迟电路要求在50赫至5千赫频率范围内延迟。

图6和图7各电路中的运算放大器V1、…V8，晶体管T1、…T6，二极管D1、…D8电阻器R1、…R42，电容器C1、…C23和电位器P1、…P7可 采用市售的适当规格的元件。

总的说来，本发明归纳起来是提供一种采用开关放大器在调制上具有许多优点同时能全面而连续地加以调制达到100%程度的调幅广播发射机。

Claims (9)

1、一种调幅广播发射机，具有下列各部分：

(a)一个射频输出级(14)，配备有至少一个输出级电子管(13)；

(b)一个主调制器(12)，取开关放大器的形式，给输出级电子管(13)输出阳极电压，该阳极电压则由低频输入信号确定加以调制；和

(c)一个射频电路，具有产生载波信号用的载频源(11)和放大该载波信号并把它传送到输出级电子管(13)的控制栅极上的接在载频源(11)后面的射频激励级(19)；

其特征在于，为了即使在最低限度的调制下也能达到100%的调制，配备有这样一个装置，借助于该装置，通过控制由低频输入信号确定的载波信号在最低限度的调制下可以连续达到射频输出级(14)所输出的射频输出电压的零值。

2、如权利要求1所述的调幅广播发射机，其特征在于，所述装置主要包括插入射频电路中的附加调制器（18）。

3、如权利要求2所述的调幅广播发射机，其特征在于，附加调制器（18）紧接在载频源（11）之后配置。

4、如权利要求2所述的调幅广播发射机，其特征在于，控制附加调制器（18）用的低频输入信号通过延迟电路（16）加到附加调制器（18）上，该延迟电路（16）则补偿信号在主调制器（12）中的信号渡越时间。

5、如权利要求4所述的调幅广播发射机，其特征在于，附加调制器（18）的低频输入信号直接在主调制器（12）的输入端获取。

6、如权利要求4所述的调幅广播发射机，其特征在于，在延迟电路（16）与附加调制器（18）之间，配置有校正电路（17），该校正电路特别起补偿射频输出级（14）和附加调制器（18）的非线性的作用并预定附加调制器（18）中载波信号的额外调制起始点，调制即从附加调制器（18）开始。

7、如权利要求2所述的调幅广播发射机，其特征在于，附加调制器（18）系构成两级可控衰减器，带双场效应晶体管（T3，T4），晶体管（T3，T4）后面接有阻抗变换器。

8、如权利要求4所述的调幅广播发射机，其特征在于，延迟电路（16）由一个三级有源低通滤波器和一个可调全通滤波器联合构成。

9、如权利要求6所述的调幅广播发射机，其特征在于，校正电路（17）系由非线性放大器构成，该非线性放大器主要从低频输入信号获取它所形成的窄负峰，并将其送到附加调制器（18）上。

Images