中波广播发射技术概述

1中波广播发射技术概述陈柏年2讲授提纲1.中波广播的任务和基本规定2.广播发射台的组成要素3.射频有源器件4.调幅基本分析5.高频功率放大器3广播电视系统的基本构成•三大组成部分：1.节目制作与播出2.发送与传输3.接收与重现。4广播电视系统组成部分的作用1.节目制作与播出：利用必要的广播电视设备及技术手段制作出符合标准的广播电视节目信号，并按一定的时间顺序（节目表）将其播出到发送传输端。2.发送与传输：将广播电视节目信号进行一定的技术处理（如编码、调制等）后，经过某种传输方式（如地面射频传输、卫星广播、有线传输等）传送到接收端。3.接收与重现：接收广播电视节目信号，并对其进行必要的处理和变换，最终还原成图像及声音。5广播的两层含义•广播（Broadcasting）：一种“定点发送、群点接收”的通信方式。•泛指：通过无线电波或有线系统向广大听众或观众传送节目的过程，按照传送的信息形式，可分为声音广播，电视广播和数据广播。•特指：声音广播-广播电台向广大听众进行的节目传送过程。6无线广播电视节目覆盖网•发射台：完成广播电视节目的发射任务的技术设施。•分类：调幅广播(AM)发射台、调频广播(FM)发射台和电视(TV)广播发射台•它们共同组成我国无线广播电视覆盖网。7地面无线电波开路传输1.调幅中、短波广播：中波（MF）广播频率526.5～1605.5kHz（120频道），短波广播频率5.95～26.1MHz，每套节目的带宽为4.5kHz，有天波和地波两种传播方式。2.调频广播：频率VHF频段87～108MHz，共210个频道，空间波直线传播（视距）。3.VHF/UHF电视广播：每个频道带宽是8MHz。在VHF和UHF频段，我国共安排了68个频道（DS-1到DS-68），但目前只使用了47个频道。空间波直线传播（视距）。8极化（Polarization）•极化：电磁波在空间传播时，其电场强度方向相对地面按一定规律变化的现象。•极化方式：1.线极化•垂直极化•水平极化2.圆极化•左旋极化•右旋极化•接收天线的架设除指向、频段、阻抗匹配外，还必须极化匹配。9广播电视波段（频段）划分•中波（中频）—526.5kHz（570m）至1605.5kHz（187m），用于对国内的声音广播。•短波（高频）—2.3MHz（130m）至26.1MHz（11.5m），主要用于对国外的声音广播。•微波—用于传输节目和进行卫星广播。可分为特高频（分米波）、超高频（厘米波）、极高频（毫米波）。卫星广播通常使用C波段（3.9～6.2GHz）和Ku波段(11.7～12.2GHz)。10中短波段电波的传播特点•1、中波：–白天主要由地波传播。–晚间D层消失，天波由E电离层反射可传到较远距离。–铁塔高度通常为四分之一波长，即几十米至一百多米，所辐射的地波约可传播200公里。•2、短波：–主要由天波传播。（F2电离层）–由于电离层的电离程度和位置高度变化，传播不稳定，收听的信号忽强忽弱，称为衰落现象。–短波广播的发射天线尺寸比中波要短小得多，发射机的功率也可以小得多。–靠天波传播的距离很远，可达上万公里。11中波广播的基本规定•1、频率范围：按照GB2017—80的规定为526.5~1606.5KHz•2、发送方式：地面波•3、频道间隔：两个相连频道标称频率为9KHz•4、标称频率：按照GB2017—80的规定共有120个编号的标称频率。如江苏人民广播电台使用的中波广播标称频率为585KHZ（7号）、702KHZ（20号）、1314KHZ（88号）和1413KHZ（99号）12中波广播基本规定•5、发射带宽：按照GB2017—80的规定。使用531KHZ（1号标称频率）时为+4.5KHz；使用540~1593KHz（2号至119号标称频率）时为+10KHZ；使用1602KHz（120号标称频率）时为+4.5•6、射率保护率：为保证得到满意的收听质量所需要的欲收信号场强与干扰信号场强的最小比值对同频为26dB；对邻频（9KHz间隔）为5dB。•7、载频频率偏差允许限度：10Hz•8、同步广播网频率同步制相邻电台允许频偏≤0.015Hz13短波广播基本规定1.频率范围2.326.1MHz（130.4m11.49m）2.发射方式空间3.频道间隔双边带10kHz，单边带5kHz4.标称频率5kHz的整数倍5.发射带宽双边带9kHz，单边带4.5kHz6.动态压缩处理后的动态范围≥20dB14广播发送技术•广播发送技术：关于广播节目发送系统和设备的技术。•广播发送设备：完成运载音频信息的一种工具，是广播电视系统的一个重要组成部分。•广播发送系统：完成音频信息转换为空间电磁波的工作系统。•广播发射台的首要任务：把要传送的音频信号通过一定的方式调制在载波上，并放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，在一定的覆盖范围内利用接收机就可以收听到声音广播。15广播发射台的组成框图16发射台的基本任务1.产生高频振荡激励电能,由高频振荡器产生高频电流或电压；2.控制高频振荡电能,用传送的节目信号（基带信号）去调制高频振荡，使高频电能按所传送信号的变化而变化；3.将受控高频振荡电能转换为空间电磁波，由天线向空间发射。17广播发射台组成和工作过程•组成：发射机（中、短波调幅广播发射机）、天馈线系统、电源设备和其他辅助设备等。•过程：从广播电台送来的节目信号，经线路放大器送到主用发射机，发射机将节目信号放大、调制变为电磁波，从天线发射出去。发射台所需的电能由电网电源提供。为了保证在发生故障或停电时不致中断电波的发射，发射台的关键设备或部件设有备份。18中、短波广播发射台的构成•1、发射机：用音频信号对载波进行调幅，并将调幅波放大到额定的功率电平的装置。•2、馈线：将发射机输出的已调制的高频电流送到天线上去的装置。阻抗匹配由调配网络完成。•3、天线：将馈线送来的已调高频电流转换为无线电波并辐射到空间去的设备。•4、控制台：a.将被传送的信号切换到发射机的输入端；b.对发射机进行开、关机等主要操作；c.对发射机主要工作状态和播出质量进行监测。•5、配电装置：向各种设备不间断供电。•6、辅助设备：包括冷却系统、假负载和调试检测设备等。19中波广播发送设备的特点•1、高效率：高效率不仅关系到能源节省，而且关系发射机的可靠性的提高。•2、屏调幅方式：屏极调幅电路构成简单，工作稳定，易于维护调整，且直流电压低，效率略高。•3、强制冷却：主要有蒸发冷和风冷。•4、系统繁复：为了发送设备达到大功率和高可靠性的要求。保证安全优质播出。一般发射台均设有十分繁复的系统。如有主备机倒换系统。故障越限报警系统。电网自动倒换系统等。20中波发射台系统简图音频切换器音频处理器音频分配器电子管发射机全固态PDM发射机功放手动切换器AM接收机巡回监听控制器32路音频监测器显示器取样整流卫星接收机微波接收机光接收机标频MFS（1）标频MFS（2）SG-1输出（1）SG-1输出（2）音频处理器调配网络9kHz9kHz去各主发射机去各备发射机馈线信号系统发射系统同步激励器系统监听系统监测系统调幅度音频21主要组成设备和系统•一、发射台的核心设备-发射机•广播发射机是用被传送的音频信号对其载波进行调幅，并放大到额定功率电平的设备。有专门用于中波广播和短波广播的发射机。•二、天馈线系统•馈线是将发射机输出的已调制的高频电流送到天线上去的装置。天线则是将已调制的高频电流的能量转换成电磁波的形式辐射出去的设备。为了使天线输入阻抗与馈线阻抗相匹配，在天馈线之间一般装有调配装置。22主要组成设备和系统•三、辅助设备•1.冷却系统：发射机的功率放大管的耗散功率很大，特别是板极耗散功率最大。为了使发射机工作正常，就必须采用各种强制冷却方式使耗散功率产生的热量尽快散发掉。通常采用的冷却方式有风冷、水冷、蒸发冷却，或几者兼而有之。•2.假负载：当发射机需要调整和功率计需要校正时，它能为发射机提供一个标准的负载电阻，并能承受发射机送来的全部功率。•3.调试监测设备：供测试发送设备技术指标的专用设备和供监听、监测发射机工作状态的设备。23主要组成设备和系统•四、控制台•在有人职守的发射台一般都设有控制台，控制台的主要作用是：1.切换被传送的信号到发射机的输入端；2.对发射机进行开、关机等主要操作；3.对发射机主要工作状态和运行质量进行监测。•五、配电装置•为了不间断地向各种设备供电，发射台一般都有两路电源，用一备一，并设有配电装置。24调幅广播发射机的类型•1、低电平调幅发射机：有栅极调幅、帘栅极调幅、抑制栅极调幅和自动板极调幅四种方式。其特点是信号在低电平级进行调幅，整机效率低，电声指标差，现已被淘汰不用。•2、乙类板极调幅发射机•3、脉宽调制（PDM）式调幅发射机•4、脉冲阶梯调制（PSM）式调幅发射机•5、数字调幅式广播发射机25调幅发射机的运行技术指标•中波广播发射机的运行技术指标，主要应符合GY32-84《调幅广播发射机运行技术指标等级》的要求,并按GY31-84《调幅广播发射机运行技术指标测量方法》进行实际测量。•运行技术指标的完整测量包括载波输出功率、总效率、载波频率容差、调幅度、正负调幅不对称度、载波跌落、噪声电平、振幅频率特性、谐波失真、高放稳定性、可靠性实验等多项，可参照上述标准。26中波广播发射系统的主要技术指标•1、额定输出功率：指发射机在无调制情况下，送至馈线上的原设计规定的载波功率。•2、整机效率：发射机通常要给出两种情况下的整机效率。发射机不加调制时，输出的载波功率与整机总输入功率之比的整机效率。当发射机的调制度为m时输出的平均功率与总输入功率之比是调制度为m时的整机功率。•3、失真度：失真度是反映发射机输出的射频包络非线性失真的指标。常用不同频率的单音送给发射机进行调制，然后检波出包络进行测量。K=（高次谐波的均方根值）/基波有效值27中波广播发射系统的主要技术指标•4、噪声电平：噪声电平是指不加调制时和调制度m=1时，从发射机输出端分别检波出来的噪声电压与音频电压之比，用分贝表示。•5、频率响应：它是指调制度m=0.5时，在规定音频范围内。以1KHz的信号电平作为基准的发射机输出的音频响应,用分贝表示。•6、载波跌落：它是指调制度m=0变到m=1时发射机载波电压下跌的百分数度之差异。28中波广播发射系统的主要技术指标•7、调幅度不对称性：指调制号信号为正弦波时，发射机输出射频包络正负半周调幅度之差异。•8、附加幅射：指发射机产生规定频带之外的幅射。通常包括谐波辐射、寄生辐射和远离所需频带的不需要的互调产物。•9、频率稳定度：指发射机保持原设计工作频率的能力，且取决于振荡器的频率稳定度。29小结•一、信息的传输和处理是无线电技术的首要任务。无线电通信是利用电磁波来传递信息的。一个完整的通信系统是由信号源、发送设备、传输设备和接收装置五个部分组成。•二、无线电广播是无线电通信的典型应用之一。无线电广播通信系统可概括为发射装置。接收装置和传输媒质所组成。广播发送设备的任务是把欲传送的信息调制在载波上。经天线以电磁波的形式辐射出去。调制的过程是在发送设备中完成的；广播接收设备的任务是选出天线接收的信号加以放大。还原成原来的信息。解调的过程是在接收设备中完成。30小结•三、广播作为一种特殊形式的通信有其自身的特点。从功率等级、调制方式、工作频段和工作条件等角度。可对声音广播发送设备进行不同的分类。中波广播的基本规定是中波广播发射设备的工作准则。•广播播出通路可分为直播通路和转播通路。•四、发射台的基本任务：产生高频振荡电能，控制高频振荡电能，将已调的高频振荡电能转换为空间电磁波。•发射台的构成要素有线路设备、发射设备、天线设备、电源设备、机房设备、遥控设备等。31小结•五、中波广播发送设备的基本特点是：高效率、屏调幅方式、强制冷却和系统繁复。•主要技术指标有：额定输出功率、整机效率、失真度、噪声电平、频率响应、载波跌落、调幅度不对称性、附加辐射和频率稳定度。•六、中波广播发射机的基本组成有五大部分：高频