大功率短波广播发射机调制技术的应用发展
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摘 要 调制是实现无线电广播的关键技术环节，有着不可替代的重要作用，调制技术的应用发展贯穿了无线电广播发展的整个历程。作者结合自身广播发射机维护工作实践，简要介绍了大功率短波广播发射机调制技术应用发展的几个主要阶段，以期为今后做好发射机维护工作提供一些借鉴和参考。
关键词 大功率；短波发射机；调制；应用
中图分类号G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）135-0094-01
1 概述
调幅广播作为一种重要的传播手段，在无线覆盖，特别是远距离广播中占有重要的位置，做出了重要贡献。随着科学技术的飞速发展，多种传播方式风起云涌，调幅广播面临着新的挑战，但在国际广播、重大灾害等方面，调幅广播尤其是短波广播仍然具有自身独特的优势，有着难以替代的作用。
声音信号包括语言和音乐，频率一般在15HZ―15KHZ之间，只能在较近的距离内传播，只有通过调制的方式寄载在载波（射频信号）上才可以实现远距离传输。调幅广播中的短波广播主要利用天波传播，通过电离层的反射，将调幅波信号传输到很远的地方，甚至几千公里以外，因此短波广播常应用于国际广播。随着调制技术的改进和发展以及大功率超蒸冷金属陶瓷四极管的应用，为大功率短波广播的稳定运行和安全播出打下了坚实的技术基础。
2 调制技术的应用发展
短波广播调制技术的发展主要经历了乙类屏极调制、脉冲宽度调制（PDM）和脉冲阶梯调制（PSM）三个主要阶段。三者主要区别是获得高电平调制信号的方式不同，是音频调制信号放大过程的改进，即音频系统的改进，而射频系统基本是一致的，依然属于屏极调制的范畴。
乙类屏极调制的音频系统主要包括限制放大器、低一级、低二级、低三级、低末级和调幅变压器及调幅阻流圈等。
限制放大器即音频加工器，主要作用是压缩音频信号的动态范围，提高发射机的平均调幅度，改善收听效果。特点是对于较低的输入信号可以保持较高增益的线性放大，而对于过大的输入信号则可以降低增益并保持小的失真度。
低一级至低三级均为甲类放大器，也统称作前置级，为电压放大级，是典型的音频放大线路。
低末级即调幅末级，是工作在乙类状态的功率放大器，大功率发射机一般采用推挽线路，音频变压器耦合输出，通过调幅变压器将放大的音频信号馈送到射频末级，对屏极和帘栅极（板帘同调）实现幅度调制。
调幅阻流圈主要是为了避免调幅变压器的直流磁化，对音频信号形成较大阻抗，阻止音频电流进入电源。
乙类屏极调制的特点是调幅器工作在乙类状态，调幅器与被调级之间采用变压器耦合；通过加入两路负反馈来改善音频质量，提高电声指标，调幅特性曲线几乎是一条直线，失真较小；但效率不高，一般在50% 以上；缺点是高电平调幅所需的调幅功率很大，致使调幅变压器和调幅阻流圈等调幅设备体积庞大，成本较高。
脉冲宽度调制（PDM）的音频系统以脉宽调制器及其解调器取代了传统的乙类屏极调制的调幅器，来实现音频调制信号放大，为屏极调幅形成音频调制电压。脉冲宽度调制技术就是将音频信号转换为脉冲宽度受到调制的等幅矩形脉冲序列（开关波形，只有导通和截止两种工作状态），即矩形脉冲的宽度受控于音频信号的幅度，通过若干级开关管放大后达到所需要的电平，然后通过低通滤波器（解调器）将音频电压还原出来。
脉冲宽度调制器主要由脉冲发生器（音频变换器）与脉冲放大器组成。音频变换器由矩形波发生器（产生一个50Hz―80kHz的开关频率），一般为晶体管电路，将音频调制信号转换为宽度受到调制的矩形脉冲序列。
脉冲放大器是一个多级构成的放大器，一般为电子管电路，将宽度受到调制的脉冲序列放大到一定的电平等级。脉冲放大器末级管（即调制末级）工作在开关状态，为了避免开关截止时电路储能损坏电子管，在调制末级设计了用于泄放的阻尼二极管链。
解调器用以把音频信号从调宽脉冲（宽度受到调制的脉冲序列）中还原出来，对脉冲载频有足够的衰减，对残波辐射有足够的抑制。
根据调制级与被调级的耦合连接方式不同，脉冲宽度调制设备分为两类：第一类即被调级与调制级串联连接，称之为串馈。串馈方式中，被调级（阴极）接地称为潘太尔电路，一般用于短波广播；调制级（阴极）接地称为盖茨电路，一般用于中波广播。第二类即被调级与调制级并联连接，称之为并馈。并馈方式中，通过变压器耦合称为五五四电路；通过阻流圈耦合称为萨尔萨姆电路。
以潘太尔电路为例，被调级电子管阴极接地，由于被调级电子管和调制级末级管串联连接，调制级末级管阴极处于音频电压和直流电压的高电位，调制级末级管灯丝、栅极、帘栅极电源都悬浮于高电位，所以发射机的主整电压是传统屏极调制方式的两倍。
但相对乙类屏极调制，省去了调幅变压器和调幅阻流圈等非线性设备，整机效率较高，约为65%，非线性失真小、噪声电平较低、可以使用浮动载波和单边带技术；缺点是电路相对复杂，悬浮电位不利于稳定。
脉冲阶梯调制（PSM）就是将传统的屏极调幅发射机主整电源与调幅器合二为一，并将主整电源化整为零（例如用26个较低电压的模块电源取代了一个高压直流电源），脉冲阶梯调制器输出一个幅度受到调制的电压，经过低通滤波器滤波后作为射频末级的屏极电压。
脉冲阶梯调制器为发射机射频末级提供的调幅电压，是在直流分量上（对应于载波）叠加音频分量（对应于调制音频）的一个随着功率模块合断形成的阶梯形电压；即脉冲阶梯调制器既提供调制功率，也提供载波功率。
脉冲阶梯调制器也称为PSM开关放大器，一般是由几十个独立电压源（功率模块）组成，每个功率模块由对应的PSM变压器次级线圈中的一组供电，经过模块上的三相全部整流得到直流电压。
载波状态下有半数的功率模块串联接通；在100%调制情况下，调制峰点，模块全部接通；调制谷点，模块全部关断。功率模块（采用IGBT开关技术）合断的原则是先合先断、先断先合，确保模块负载均衡。每个模块都并联了一个空转二极管，保证了任意一个模块关断时，模块串联链路不会因此被切断，电流经过空转二极管形成通路。
模块串联形成的输出电压仅是一个粗台阶电压值，通过插入PDM补偿脉冲的方式（PDM开关频率通过低通滤波器滤除）来改善粗台阶电压的音频失真。
脉冲阶梯调制和脉冲宽度调制一样，也省去了调幅变压器和调幅阻流圈，而且仅在射频末级使用一只大型电子管，调制级不再使用电子管，有效降低成本，节约能耗的同时减少了故障几率和维护工作量，极大的改善了电声指标，提高了可靠性，整机效率高于75%，因此脉冲阶梯调制是当前大功率短波广播发射机的主流调制技术，正以其安全有效的覆盖、优质的收听效果、方便维护等突出优势，得到广泛的应用。
3 结论
随着数字技术和网络技术与无线电广播的深度融合，对广播技术领域影响深远，挑战和机遇并存，调幅广播面临前所未有的严峻考验，作为维护工作者，应该在掌握专业理论的同时，学习新技术，优化知识结构，迎接广播技术变革的新课题。
参考文献
[1]黄毓龙，孙庆有，李焕忠，等.广播电视发送技术（第一册）.1987.
[2]刘洪才，史存国.广播发射实用技术.2005.