自然风冷300W调频发射机的设计与实现

□ 林尧锋

自然风冷300W调频发射机的设计与实现

□ 林尧锋

本文针对广西县级村村通发射台站传统300W调频发射机工作不稳定、效率较低、维护不方便等问题，设计研发了一种自然风冷300W调频发射机，各项射频指标满足国家标准且经济适用，稳定可靠，可逐步替代旧设备。

调频发射机；射频信号；远程监控

一、引言

广西区内县级村村通发射台使用的300W调频发射机大多是2009年采购，目前存在工作不稳定、故障较多、效率较低、远程监控不便、维护不方便等问题，严重影响到安全播出。因此，本文依据GB/T4311-2000《米波调频广播技术规范》，设计了一种射频指标满足国家标准的300W调频发射机，替代旧设备，逐步在县级村村通发射台使用自主研发的发射机。

二、总体框架设计

自主研发的自然风冷300W调频发射机整机方框图如图1所示。立体声音频信号输入发射机的调频调制模块，调制成所需要的特定频率的射频信号，然后输入功放模块放大后输出。其中调频调制模块可发射RDS数据，可以控制带RDS接收的调频音柱或大喇叭进行定时或应急广播，同时传输其它控制信号。

发射机具备网络通信功能，通过RJ45网口与外部进行通信，接收外部远程监控。

图1 自然风冷300W调频发射机整机方框图

（一）调频调制模块

调频调制模块采用自主研发的集成RDS调频广播调制器，将输入的立体声音频信号，调制到特定频率上完成音频到射频的转换功能，再将调频广播的射频信号输出至功放模块。而且可以定时或远程控制发射机发送RDS信号，控制带RDS接收的调频音柱或大喇叭进行定时或应急广播，同时传输其它控制信号。

调频调制器模块安装在机箱的前盖，并配置显示面板和按钮，便于技术人员维护操作，不需开箱或连接网线即可对发射机一些主要参数进行设置和查询，降低了维护的成本与难度。

（二）RF功放模块

RF功放及控制模块由RF功放和控制系统组成、功能原理图如图2。

RF功放部分主要由2级前置放大器、1级衰减器、2级功放组成。前置放大器用2个增益为19.3dB的M3H21N集成放大器。功放为BLF571和MRFEVP6300H功放管。功率检测采用真有效值RF功率检测集成电路，输入功率检测使用AD8362，输出和反射功率检测采用AD8361。功率调节使用TQP4M9083衰减器前置衰减和控制调节直流电源电压的方式。

当发射机由于种种原因需要降功率播出时，以往通过调节推动级输入功率的方式来降低发射机功率，此方法会导致功放效率降低，功放管发热过大，往往引起发射机过热保护。

本发射机通过主要调节末级功放工作电压，辅助调节推动级输入功率，使发射机在输出功率大幅变化的情况下，保持功放80%左右高效率。调节过程由STM32微控制器自动实时完成。

（三）控制模块

以STM32微控制器（ARM Cortex-M3系列）为核心的智能控制模块负责整机的控制，将ARM控制器集成在功放模块中，实现对设备各参数的实时监控，包括控制开关机、稳定输出功率、调节电源电压、检测输入电压、推动级和功放级电流、输入功率、输出/反射功率、功放级工作温度、环境温度等各种数据和工作状态，调节发射机输出功率及发射保护控制，此外还有自动稳定输出功率，过电流、输出和反射硬件保护具有锁存功能，设备不受断电的影响保存设置参数，在断电恢复后，可调用断电前的配置参数，自动恢复工作。

图2 RF功放及控制模块示意图

控制模块可实时检测计算功放输出效率，反馈自动联合调整末级功放工作电压和推动级输入功率，使发射机在输出功率大幅变化的情况下，保持功放80%左右高效率。采用多变量协调控制策略和STM32微控制器，实现功放效率的自寻最优控制。

通过网络通信接口可将工作状态和参数回传给监控平台进行管理；监控客户端程序将显示接收的各种参数，并实现远程监测控制。

（四）电源模块

发射机内部安装有700W可变压直流电源和30W12V直流电源两个电源模块。其中700W可变压直流电源输出DC28V-48V至功放模块，可通过控制模块调节输出电压大小，改变功放模块输出功率。30W12V直流电源输出DC12V至控制模块。

700W可变压直流电源结构框图如图3所示，主要由DPG750模块和DBS700B48模块组成。DPG750模块输入电压范围为AC170V～264V，输出电压为DC360V，最大输出功率750W，输入电压范围宽，适用于农村电网的波动变化。DBS700B48模块输入电压范围为DC200V～400V，输出额定电压为DC48V，可通过外部调压器或外加电压调整额定电压的60%～110%，最大输出功率696W，自带过电流、过电压保护。通过控制模块调整输出电压大小，从而调整末级功放工作电压，使发射机保持高效率。

图3 700W可变压直流电源结构框图

（五）远程监控系统

1.实时监控和报警功能

监控内容包括：设备工作状态、参数配置和接口工作状态等。报警内容包括：数据异常、故障等，发生异常情况时，给出报警指示。监控和报警可以远程进行控制和查询。监控系统软件界面如图4所示。

本机在输入激励和功放的输出节点都配置了功率检测电路。与通常使用的包络峰值检波方式不同，本机使用了真有效值检波器件AD8361，使得功率的检测更加准确。功率计算时使用了线性补偿校正算法进行检波电压到实际功率的转换。使得功率校准工作快捷、准确。

2.实时功率控制

在发射机正常工作状态下，实时地对发射功率进行控制，使其稳定在设定值周围可允许的偏差范围内。

3.管理配置

通过远程监控接口或本地设置发射单元工作参数和接口配置等。

4.安全防护机制

提供自动保护功能。当发射机的某些部件发生严重故障时（如输出过载，功放过热等），或由于外部原因造成调制器损伤时，监控系统会自动降低发射功率或切断发射单元的射频输出或关机。

5.远程监控

采用OTA技术，提供了功放控制程序的远程在线升级功能。

6.设置向导

通过向导的形式引导用户对发射机各模块按需进行初始配置，大大降低了调试软件的操作难度。

图4 监控系统软件界面

三、技术创新点

（一）将调频调制、功率放大集与一体，模块化设计，安装方便，维护简单，还可远程实时改变发射频率。

（二）调频发射机末级功放工作电压自动实时调整，实现不同功率等级输出下保持功放80%左右高效率。

（三）采用多变量协调控制策略和STM32微控制器，自动联合调整末级功放工作电压和推动级输入功率，实现功放效率的自寻最优控制。

（四）采用自然风冷方式，节省散热能耗。

（五）采用OTA技术远程在线升级控制程序和控制参数。

四、结束语

自主研发自然风冷300W调频发射机调频射频指标达到国家标准，可在输出功率大幅变化的情况下，保持功放高效率输出。采用自然风冷方式，节省散热能耗。监控参数详细全面、模块化设计、适应电压波动范围宽，适合乡镇农村调频覆盖。该发射机经济适用，稳定可靠，扩大了调频广播覆盖范围，产生了较好的经济效益和社会效益。

（作者单位：广西广播电视技术中心）