从调频广播发射机到CDR广播发射机中功放板的变化

刘小雄

（作者单位：江西省七0七电视台）

功放板是发射机的重要组成部分，每部发射机根据机器总功率的不同，同样的功放板，不同的机型使用的数量不等。当发射机由普通的调频广播发射机变为CDR广播发射机时，其信号源频谱在原有模拟立体声调频广播的基础上，两侧增加了数字音频广播部分的数据，其变化过程如图1所示。

CDR广播发射机频谱，如图2所示。Pin为1 W时，输出功率为10 W；Pin为2 W时，输出功率为20 W，以此类推。这意味着输出功率几乎从零到最大值，增益都为常数。线性度可以用dB表示的1dB增益压缩点或三阶交截点来表达。

通常把增益下降到比线性增益低1 dB时的输出功率值定义为输出功率的1 dB压缩点，典型情况下，当功率超过P1 dB时，增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率。

以飞思卡尔的MRFE6VP61K25H场效应管为例，查其官方资料得到图3。

从图3可以看出MRFE6VP61K25H的P1 dB为61.3 dBm，约为1333 W。如果此功放板应用在调频广播发射机上，功放板工作在饱和区，非线性状态，那么它的理论最大输出功率可以达到1300 W左右；实物测试工作在88～108 MHz的MRFE6VP61K25H功放板，其输出功率根据频率不同在1100～1250W，增益在24 dB左右，输出效率最大在78%左右，与资料提供的参数相符。

当功放板需要放大数字音频信号时，就需要工作在线性状态，这个时候，就要在P1 dB点回退3～4 dB，使实际的增益曲线向理想的增益曲线靠近，这个时候场效应管就会工作在失真很小的线性状态。以MRFE6VP61K25H为例，它的P1 dB为61.3 dBm，回退3～4 dB后，输出功率约为57.3 dBm（537 W）。根据实际测量的模拟状态的功放板的输出功率，换算成数

图1 普通的调频广播发射机频谱示意图

图2 CDR广播发射机频谱示意图

调频广播发射机的调制方式是FM调制，属于非线性调制，对放大器没有任何线性度指标要求。在这种情况下，为节省能源以及节约机器成本，普通的调频广播发射机的功放板基本都工作在饱和区，单功放板效率最高，线性指标最差。以MRFE6VP5600H的输入输出特性曲线为例，在实际使用中，单功放板的输出功率均在600 W以上，实际测试效率在75%以上（供电48 V），其输出功率和效率存在一定关系。

当由调频广播发射机发展为CDR广播发射机时，因为在原有频谱的基础上增加了数字广播部分，如果功放板继续工作在饱和区，非线性状态，会导致信号失真，完全无法正常使用。此时，就需要改变功放板的工作状态，让其工作在线性区。

对于要线性工作的所有晶体管，为使其工作点处于转移特性线性区域，必须给予其一定量的正向偏置。理论线性意味着输出功率线性跟踪输入功率，即字音频状态，具体计算如下：1100～1250 W为，60.4～60.9 dBm，回退3～4 dB，其在调频段输出为，56.4～56.9 dBm，换算成功率为436.5～489 W。由图4可知，当晶体管的输出功率下降时，功放板的效率也会有所降低，所以，相比普通的调频广播发射机，CDR数字音频广播发射机的整机效率较低。

图3 MRFE6VP61K25H场效应图

图4 调频段输出示意图

如果利用电台现有机器以增益曲线回退的方法，暂时代替CDR调频广播级发射机，那么10 kW（70 dBm），回退后可以代替3980 W的CDR调频广播发射机，以此类推3 kW（64.7 dBm），回退后可以代替1174W的CDR调频广播发射机。

目前，调频广播机常用的场效应管基本都属于LDMOS，N沟道型。LDMOS线性功率放大器的线性度受功放管的静态工作点影响很大，如果要改变功放板的线性度，就需要改变功放管的静态工作点。从LDMOS的I-V特性曲线图5可以看出，源电压为零时，不同Vgs下典型LDMOSFET的电流-电压特性（VDS代表漏源电压，IDS代表漏源电流）共分为4个区域：截止区，在这个区Vg小于开断电压，VDS从零开始变大，电流IDS始终接近零；线性区，又称非饱和区或欧姆区，Vg大于开断电压，沟道中电子未达到饱和，IDS随VDS增加而线性增加；饱和区，沟道中电子已经完全达到饱和，VDS增加IDS变化很小，漏电流饱和；准饱和区，Vgs很大时，IDS本身很大，但随着Vgs的增大没有明显增加。

从LDMOS的I-V特性曲线图得知，在VDS确定的情况下，要改变功放板的工作状态，就要改变Vgs栅极电压，从MRFE6VP61K25H的PDF资料可以看出，当Vgs增大时，场效管的IDQ会急剧增大，同时可以看出在IDQ一定的情况下，随着温度的上升，所需的Vgs会下降，在功放板实际使用中，场效应管的温度，会随着使用很快升高，那么为了稳定工作点，就需要在栅极增加温补电路以此确保功放板持续工作在线性区。

从以上可以看出，当调频广播发射机发展到CDR广播发射机时，它的信号频谱发生了变化，导致功放板需要工作在线性区，而功放板的工作状态的改变需要调整其栅极电压，同时会使IDQ发生变化，而IDQ受温度影响较大，就需要在功放板的栅极增加温补电路，以此确保功放板稳定工作，只有功放板稳定工作了，整机才能稳定的工作在CDR模式。

图5 LDMO S的I-V特性曲线图