浅谈短波广播发射机脉冲阶梯调制器的数字化改造

张爱国

内蒙古新闻出版广电局706台 内蒙古 呼和浩特市 010050

1 脉冲阶梯调制（PSM）的原理

内蒙古新闻出版广电局706台原有的短波发射机脉冲阶梯调制是把音频模拟信号转换成数字信号，再应用数字处理技术将其输出叠加成能够反映音频信号变化规律的阶梯波形，控制PSM调制级中48个电子开关（IGBT）开启和关断的循环脉冲信号。

音频系统包括：音频模块机柜和PSM控制组合AF3两部分组成。其中音频机柜又包括：PSM移相变压器、48组功率开关模块和解调器；AF3组合是由AF3-1噪声去除板、AF3-2音频通路板、AF3-3功率控制板、AF3-4快速A/D变换板、AF3-5循环调制器板、AF3-6/7两块开关状态板以及光收板、光发板、信号输入输出板和电源板组成。

原来音频系统的优点是将高压整流器和调制级合二为一。缺点是存在误差信号，即调制信号的阶梯纹波，是通过低通滤波器滤除的。脉阶调制器所输出的阶梯形音频信号，由它的阶梯纹波导致失真或较大的失真，有的不能滤除，会造成动态载波下浮。

PSM调制器还存在明显的不足：一是输出电压的量化以单个子模块的输出电压Us为阶梯(失真较大)；二是各子模块的负载不平衡(各子模块导通时间不均衡)。三是系统电路板多，故障率高。

2 新的数字脉冲调制器

CTPSMB-0型数字化脉冲阶梯调制控制器采用数字化的方式来实现脉冲阶梯调制器的功能，可以达到更优的技术指标和、更高的稳定性和系统集成度。该机采用全数字控制技术，使用大规模集成电路，具有集成度高、工作稳定可靠、指标好的技术特点。面板具备高清晰度触摸液晶屏人机界面，同时可外接计算机遥控接口，具有多功能、操作方便，高可扩展性等特点。

PSM短波发射机数字调制器由于采用软件技术实现调制功能，所以可以从根本上解决模拟调制器的自身缺点。

在模拟音频模式下通过高速AD采样，实现全数字处理过程，比起目前机型的处理方式在指标上有大幅度的提高，该控制系统的所有输入输出信号均应通过光电耦合器来进行电气隔离并对地悬浮。

2.1 技术指标和参数

音频频率响应：±0.5dB（50～5000Hz，75%调幅）；

总谐波失真：小于3%（50～5000Hz，50%和90%调幅，正弦波）；

信噪比：优于58dB（相对于100%调幅，1000Hz（未加权）。

2.2 总体架构

新的数字脉冲调制器控制系统里的印制板主要包括电源板、控制接口板、音频转换板、综合算法板、调制器接口板、光发光收板。调制的总体架构框图，如图1所示。

图1 数字PSM调制器总体架构框图

数字调制器各板卡的功能如下：

电源板：电源板采用宽电压输入范围的开关电源，输入电压在80V～260VAC。

控制接口板：控制接口板主要完成和发射机控制组合的对接，从而完成发射机功率控制、逻辑保护以及显示指示等功能。

音频接口板：主要完成对送进来的音频信号进行预处理。如果送进来的音频信号为模拟信号，那么前面板的码开关选择模拟音频输入；如果送进来的音频信号是数字信号，那么前面板的拨码开关选择数字音频输入。

综合算法板：主要完成音频信号的基带调制、PWM补偿、帘栅模块的控制、功率控制和指标的补偿功能。这里最关键的要属音频三大指标的补偿功能。

（1）信噪比的补偿

优化模块的导通顺序可以尽量使循环噪声降到最低；抵消发射机的纹波噪声和工频噪声，大大提高信噪比。

（2）频响的补偿

因为送进来的音频信号经过六个频段的滤波器，将送进来的音频信号划分成6个频段，将得到的6个频段的音频信号乘以一个系数再相加得到原始的音频信号，通过改变每个频段的系数就可以改变音频的频响。

（3）失真补偿

系统预先加入输入信号的二次谐波和三次谐波分量，通过调整好的谐波幅度和相位，补偿发射机放大系统的谐波失真。

调制接口板和光发光收板：主要完成功率模块状态信息的采集和功率模块的控制。

2.3 新的数字脉冲调制器组合结构

新的数字脉冲调制器组合图结构如图2所示。

图2 新的数字脉冲调制器组合图

触控区域有一个8英寸触摸式液晶显示屏组成。液晶屏分辨率800×600像素，包括：主控界面，帘栅参数设置界面、工作模式设置界面、模块工作使能配置界面等几个操作及显示界面。如图3所示。

图3 操作及显示界面

液晶屏启动之后显示设备自检界面。稍等几秒，设备进入正常工作画面。此时界面表示所有模块工作正常，帘栅模块工作正常，过流封锁正常，高压打开，镇噪未打开。

帘栅压设置是调整帘栅占空比，帘栅占空比调整的步进精度是1%，调整范围是1%～99%之间，同调的范围是1～10。

工作模式设置主要包括三种模式：环调模式、频响补偿模式、失真补偿模式。

综上，数字PSM调制器，在系统性能上得到了很大提高，因为其模拟电路大大减少，主要靠软件来实现，这样大大提高了处理数据的速度和精度。并且在指标方面较原来的有了很大的突破和提高。而且体积小，故障低，好调整，便于更换为维护。