浅析模拟调频激励器原理与应用

倪浩耿

（上海文化广播影视集团有限公司，上海 200041）

浅析模拟调频激励器原理与应用

倪浩耿

（上海文化广播影视集团有限公司，上海 200041）

模拟调频激励器是采用模拟信号处理及频率调制技术的激励器，在某些重要指标上，模拟激励器已能突破模拟和数字的传统界限。虽然数字调频激励器的性能普遍优于模拟激励器，但因价格的巨大差异，模拟激励器在全球的应用范围仍远比数字激励器广。本文只对较为新型的模拟激励器的原理进行介绍。

模拟激励器；全固态；调制器

1 引言

调频激励器是调频发射机系统的核心，它对输入音频及附加信道信号进行处理并合成基带信号，基带信号调制到VHF波段的载波上，并经激励器功放放大输出。在输出功率要求较小的情况下，调频激励器也可直接作为发射机。一方面，调频激励器是调频发射机的信息处理核心，它直接决定发射机性能的优劣；另一方面，它又部分承担发射机故障处理及报警的责任，即调频激励器应对自身及发射机整机进行监控，在发射机运行出现故障时需进行自身调整，来保证发射机运行的正常和安全。

根据内部信号处理方式的不同，调频激励器可分为数字式和模拟式两种。数字调频激励器是主要采用数字信号处理（DSP）和直接数字频率合成（DDS）等技术对数字音频进行处理的激励器，其失真小、信噪比高，适合于构成单频同步广播系统，在数字音频广播（DAB）系统中的应用正在逐步加大。模拟调频激励器是采用模拟信号处理及频率调制技术的激励器。模拟FM技术经过60多年的发展和完善，所能达到的各项指标不断提高，时至今日，在某些重要指标上，模拟激励器已能突破模拟和数字的传统界限。同时，部分激励器厂商为支持数字格式的音频输入，在不改变模拟载波调频技术的前提下，添加了数字音频接口，采用DSP技术对音频信号进行编码，编码后的复合信号经DA转换后再调频调制，以适应日益发展的需求。

虽然数字调频激励器的性能普遍优于模拟激励器，但因价格的巨大差异，模拟激励器在全球的应用范围仍远比数字激励器广。本文只对较为新型的模拟激励器的原理进行介绍。

2 系统组成

具备完善功能的调频激励器可分为系统硬件和系统软件两部分，系统硬件完成对音频信号的编码，合成基带信号的调频调制，射频信号的放大等功能，而系统软件则对系统硬件进行实时监测和控制，并根据用户要求完成各种智能化处理。调频激励器的系统组成框图如图1所示。

图1 系统框图

系统软件由监控系统的控制核心（通常是MCU）执行。为对调频激励器原理有较深入的介绍，下面分别从系统硬件和系统软件两部分进行说明。

3 硬件原理

按照模块化思想，可将系统硬件分为音频处理模块、调频调制器、激励器功放、监控模块、电源模块等部分。

3.1 音频处理模块

音频处理模块的一个重要功能是完成立体声编码。根据一些国家对不同立体声制式的研究和试验，1966年，CCIR（国际无线电咨询委员会，现名ITU-R）同时推荐了“导频制”（抑制副载波调幅）和“极化调制制”（双边带调幅）两种制式作为立体声调频广播的优选制式，这两种制式都具有与普通单声道调频广播兼容的优点，在世界范围内使用最为广泛的是导频制。

图2 调频激励器音频处理模块原理框图

在常见的具备国际领先技术的调频激励器中，其音频处理模块均提供MONO/STEREO/MPX信号及附加信道信号（SCA/RDS）的输入接口。某些国外调频激励器厂商还提供可选的数字音频接口，以支持AES/EBU，S/PDIF数字式输入。图2给出导频制调频激励器音频处理模块的原理框图。

3.2 调频调制器

调频调制器采用锁相环技术产生精确频率的载波（87.5～108MHz），并将合成基带信号调制到该载波上。集成锁相环频率合成调制技术，使调频调制器具有良好的调制跟踪特性，频率设置和控制都比较容易，频率稳定度可达±1ppm。目前，国际上较为领先的激励器产品其调频调制器的信噪比（RMS）均超过80dB。图3给出调频调制器的原理框图。

图3 调频控制器原理框图

3.3 激励器功放

激励器功放对已调制载波进行功率放大，并经低通滤波器（或带通滤波器）及定向耦合器后输出。其原理框图如图4所示。

图4 激励器原理框图

3.4 监控模块

监控模块负责维持和监控激励器的正常工作，保障系统工作于最佳状态；它还为用户提供LCD或LED显示，并接受用户输入（输入方式包括键盘、脉冲编码器、串行接口等），以实现用户对工作参数的设置和对工作状态的查询。同时，监控模块还应具备远端连接功能，可与共同构成发射机的后级功放或主控单元等构成外环，实现整机ALC。

3.5 电源模块

电源模块为激励器各模块供电，目前各激励器厂商有采用线性变压电源的，也有采用开关电源供电的，其关键是对电源纹波及EMI的控制。为适应不同国家和地区的电网，激励器电源电压及工作频率的容限范围应足够宽。

4 软件功能

一个较为完善的激励器控制系统软件必然具备以下功能：人机对话、实时监控、故障报警及处理、数据存储、工作状态切换和遥测遥控等。

4.1 人机对话

监控系统软件应提供友好的人机对话界面，并可简易输入，便于用户参与。RVR PTX-LCD调频激励器配有大视域液晶显示屏，可显示从开机到运行停止全过程的各种信息，并采用脉冲编码器取代传统键盘；EKA MIRA激励器则采用大尺寸触摸屏，都对“友好的用户接口”作出了自己的解释。

4.2 实时监控

监控系统软件需对激励器当前运行状态进行即时监测和分析，实时更新状态显示，并能维持激励器（内环）或发射机整机（外环）的输出功率基本不变，即实现ALC功能。

4.3 故障报警及处理

监控系统软件应在激励器或发射机出现故障时立即响应并做适当的处理，还应为用户提供报警信息及故障记录，方便用户查询。

4.4 数据存储

数据存储功能包括对用户设定的工作参数及运行过程中的状态数据的存储。例如，RVR激励器提供预设参数的存储及读取功能，而一些激励器则提供最近数日内的运行状态数据存储及读取功能。历史数据的存取有助于用户对激励器和发射机的长期运行进行分析和预测。

4.5 工作状态切换

激励器应能在主工作状态和备份工作状态之间快速切换，以保证发射机的长期连续工作，这在具有一个或多个备份激励器的发射机系统中非常重要。

4.6 遥测遥控

激励器应具备良好的联网工作能力，可与发射机的控制单元或PC机通信，以实现遥测遥控。目前常见的是通过串行接口（RS232或RS485）、USB接口或网络接口，实现对激励器工作状态的远程查询及对工作参数的在线修改。

5 结束语

本激励器系统软件具备可靠性好，具有良好的稳定性；自适应性强，能自动判别内外环工作，完成相应的监控操作；智能化控制，能判断激励器及外部功放的工作状态是否正常，并做相应的处理。对于天气等缓慢变化因素引起的故障（如下雪导致的过驻波），具备长时间监测及缓慢恢复功能；具备自纠错能力，在监控系统自身出现故障时，能够自动察觉并重起系统，良好的纠错能力是激励器和发射机实现无人职守的重要保证；扩展性强，为增加新的监测和控制功能留有足够的控制口及存储空间，可轻松完成软件版本升级。

Analysis to the Principle and Application of the Analog FM Exciter

Ni Haogeng
(Shanghai Media Group, Shanghai, 200041)

Analog FM exciter is a kind of exciter which use the analog signal processing and radio-frequency FM spectroscopy. The Analog exciter can break through the traditional limitation of analog and digital on some important indexes already. Although the functions of digital FM exciter are generally superior to the analog exciter. But due to the vast difference between the price and for the current world economic level, the application of analog exciter is still far better than digital exciter in the global scope. This article only introduces the principles of new type analog exciter.

Analog FM exciter; All solid state; Modulator

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.006

TN93，TN94

A

1672-7274（2015）05-0020-04