DX系列中波广播发射机的数字调制技术分析

孙昌龙

【摘要】目前中波广播发射台使用的主流发射机为DX系列发射机，它采用DAM调制方式（数字幅度调制），即把音频信号经过A/D转换和编码后产生数字音频信号作为调制信号来控制功放模块的开启与关闭，实现调制的过程。

【关键词】专业术语；调制信号；功率放大级；调制过程

数字调幅中波广播发射机的幅度调制是这样实现的，即在每一时刻必须开通一定数量的功率放大模块，来产生该瞬时音频调制信号所对应的射频输出电压。所以数字调幅又称作量化的幅度调制，它是融幅度调制与数字处理于一体。音频信号经数字处理后，得出12Bit的数字字节，并对它们进行编码，再由调制编码器的数字输出信号来控制各个射频功率放大模块的接通和关闭，同时调制编码器的数字输出信号按一定的规律移位来达到循环调制的目的，最后通过功率合成，根据接通射频功率放大模块数量的多少，来控制发射机输出的射频电平。然后经带通滤波器去除量化台阶和不需要的谐波分量，就得到了射频已调波信号。

一、专业术语

数字幅度调制不同于传统的模拟调幅（AM），分析它的调制原理首先要了解一些专业术语知识。

模拟量：代表连续变化信号，如来自麦克风的音频信号、唱盘信号、直流信号等等。

数字量：代表数字或离散的信号。

模拟信号的变化是连续的，数字信号的变化是步进的。模拟量可以有无限数量的值，数字信号只能有有限个数量的值。

二进制：只有两种参考值，即只能用0和1来表示。二进制也可以用代表每位是下一位的一半或2倍的一连串的数字表示。例如：DX10KW发射机中二进制RF放大器的台阶：1/2台阶、1/4台阶、1/8台阶、1/16台阶、1/32台阶和1/64台阶，下一个台阶的获得是对前一个台阶的除2得到。

数字字节：字节是由代表一个完整的数字信息（一组二进制的数）组成。在这里使用的数字字节代表序列由0或1组成的2进制的数，字节中位的数目代表数字的总数目。

MSB：最大位的缩写，在一个数字字节中，最大位代表最大的变化。

LSB：最小位的缩写，在一个数字字节中，最小位代表最小的变化。

位1、位2、符，在1个12位数字字节中，位是从1到12编号的，第1位即是MSB，第12位是LSB一个数字字节只能代表一个有限的数目，它由数字字节中的位数决定。若n=数字字节中位数的数目，那2的n次方=由此字节所能代表的数目。例如：一个数字字节有6位，它可以代表2的6次方=64个量，若一个数字字节有12位，它可以代表2的12次方=4096个量。每一位的“值”：最低位（LSB）代表一个单位，下一位代表2个单位，最高位（MSB）代表此字节所能代表的总数的一半。例如：在一個6位的“数字字节”中它可以代表数目为64：第1位代表32个单位，第2位代表16个单位，第3位代表8个单位，第4位代表4个单位，第5位代表2个单位，第6位代表1个单位。

二、调制信号

调制音频信号被附加到直流上，即“音频+直流”信号，被模/数转换电路变换为一个12位的数字字节，然后由调制编码电路来处理，用来控制独立的RF放大模块的开/关。模/数变换处理过程首先是将一个高速采样电路将时间分为相等的时间间隔，接着在每一个时间间隔里采样并记录模拟信号的幅度，然后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。DX10KW中波广播发射机有48个功放模块，代表了42个“大台阶”和6个“小台阶”。12位数字字节在调制编电路上完成编码后，去控制代表“台阶”的RF放大器，这12位的数字字节被分为2组信息，前6位（B1～B6）形成一个6位的数字字节，用它来控制42个“大台阶”RF放大器，后6位（B7～B12）每一位用来控制一路“小台阶”RF放大器。12位数字字节的高6位（B1～B6）被送到寻址ROM只读存储器中，寻址ROM的输出用来控制42个“大台阶”的RF放大器。12位字节中的高6位用来表示任一时刻开启的“大台阶”RF放大器模块数目。例如：010010/XXXXXX=18个开启的大台阶，101010/XXXXXX=42个开启的大台阶，000000/XXXXXX=0个开启的大台阶。12位数字字节中的低6位（B7～B12）每位控制一个“小台阶”RF放大器。如果这位数为“1”，与之相应的“小台阶”RF放大器被开启。例如：XXXXXX/000001=B12开启，XXXXXX/000011=B11、B12开启，XXXXXX/010011=B8、B11、B12开启。

在理想情况，10KW载波时，模/数变换器采样“直流+音频”的直流部分，开启18个“大台阶”RF放大器模块，同时没有“小台阶”RF放大模块开启，即：010010/000000。当音频信号送到发射机上时，“音频+直流”信号的音频部分被模数变换器采样，“小台阶“放大器开始开启，直到12位数字字节的低6位全为“逻辑高”，即010010/111111。当音频信号继续增加，“小台阶”放大器模块全部关闭，同时另一个“大台阶”RF放大模开启，即010011/000000。这一过程持续进行，直到达到正峰值调制。对于10KW载波100%调制时，将有相当于载波的2倍的“大台阶”功放模块开启，即36个，数字字节为：100100/000000。

三、功率放大级

发射机的功放级使用48个固态RF放大器模块，这些RF放大模块是42个同样的“大台阶”RF电压放大器（A1～A42）和6个“小台阶”RF电压放大器（B7～B12）。每个RF放大模块可以被快速开/关，这48只RF放大器的RF输出电压（台阶），经功率合成后产生发射机的RF输出电压。调幅发射机的RF输出电压随着输入的音频调制信号变化而变化，每个RF放大模块提供固定的输出电压，RF输出电压随着开启放大器模块的数量而变化。对于载波功率而言，有固定数量的RF放大模块被开启。若音频信号增加，将有更多的放大模块被开启。若音频信号降低将有些RF放大模块被关闭。因为音频输入从一个常量变化到另一个常量，所以RF放大器模块被开启的数量也随之改变。当载波无调制时，只有产生载波时所需功率的RF放大器模块被开启；当正峰值调制时，发射机需要一个很高的RF输出电压，此时大部分RF放大模块被开启；当100%负峰调制，发射输出的功率为零，所有的RF放大模块被关闭。

随着42个“大台阶”放大器的开启/关闭，RF输出以相等的电压台阶变化，而不是相同的功率台阶，这是由输出功率合成器的工作特性所决定的。在100%正峰值调制时，功率合成器的RF输出电压为原来的2倍。对于100%负峰值调制时，功率合成器的RF输出电压为零。在载波功率为10KW时，相应有18个“大台阶”RF放大器模块开启，当有音频输入时，有36个“大台阶”RF放大器模块开启对应于100%正峰值调制和所有模块关闭对应于100%负峰值调制。“小台阶”RF放大器模块的开启是为了完成“大台阶”RF电压台阶间平滑过度。当所有的“小台阶”都开启时，他们的总的幅度相当于一个“大台阶”电压的63/64。这6个“小台阶”分别为：B7=1/2大台阶RF电压，B8=1/4大台阶RF电压，B9=1/8大台阶RF电压，B10=1/16大台阶RF电压，B11=1/32大台阶RF电压，B12=1/64大台阶RF电压。

四、调制过程

DX系列中波发射机的调制过程是音频信号传输至发射机，然后转换成射频功放模块的开/关控制信号的过程，射频放大器被导通和截止，产生相应的调制电平和瞬时载波。数字音频通路包括模拟输入电路，A/D转换电路，调制编码电路和B-电源电路组成。音频信号送至模拟输入电路后，经贝塞尔函数滤波器将10KHz以上的频率滤除，音频信号变得平滑，加入决定载波功率大小的直流电平，为载波功率提供了音频调制轨迹，此“音频+直流”信号再被送入A/D转换电路，转换成一个“12bit”的数字音频信号，加到调制编码电路，在调制编码电路上转换成控制RF功放模块导通和截止的控制信号，控制“大台阶”和“小台阶”功放模块的关断。发射机的瞬时调制电平和载波功率电平由载波频率的采样所决定，每个独立的功率模块的输出在RF功率合成器上进行功率合成，功率放大级的RF输出以很小的台阶变化（它们是一些离散量），它们被送到带通滤波中使其步进量间变化得更平滑一些。

总之，DX系列中波发射机的幅度调制分3步进行：首先，输入的音频信号变成“音频+直流”信号，再变换成一个数字串（12位的数字字节），这个数字串是一個“数字音频”信号；第二，“12bit”数字信号被调制编码电路编码为功放级提供所需的开/关控制信号；第三，开/关控制信号被用来对独立的RF放大器模块进行“导通或截止“的操作。简而言之，音频输入的大小决定了射频输出幅度的大小，这就是数字幅度调制。

五、结束语

数字幅度调制技术在中波广播发射机中的使用，使调幅广播也能提供较高质量、低失真的音频信号。同时因采用高效、性能稳定的D类放大器，使调幅广播发射机的效率显著提高，维护量降低。