浅析数字调频激励器的原理与锁相电路的维护
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【摘要】调频激励器是调频广播系统的重要组成部分，本文对数字调频广播激励器的结构原理进行了深入的分析，并结合实际工作情况对锁相电路的维护作了分析总结。
【关键词】电路的功能与原理；锁相电路的维护
相对模拟调频激励器而言，数字调频激励器采用DDS频率直接合成的方式产生RF载波信号，并将模拟音频信号转变为数字信号进行处理，信号的失真、频响和信噪比等重要指标也远优于传统模拟激励器，对输出信号的相位、导频及幅度等可以进行精准的监控和控制，因此采用数字调频激励器替代传统模拟激励器已经成为调频广播系统的共识。
数字调频激励器是影响调频广播发射效果的关键因素，同时它还对整个发射系统的状态进行监控，承担着发射机故障报警与处理的工作，维护整个发射机的稳定运行。数字调频激励器的电路结构包括调频调制器电路、音频处理器电路、激励器功率放大与电源电路和控制与监控检测电路几个部分。输入的音频信号和附加业务信号被数字调频激励器合并处理成基带信号，然后将数字基带信号调制在88～108MHz的调频载波上，经功率放大电路放大后输出。
一、电路的功能与原理
1、调制器电路
调制器电路包括电平调理与VCO压控、锁相频率合成、环路滤波器及输出放大器电路组成。电平调理电路的作用对来自音频处理器电路的基带信号幅度进行调整，满足输入标称音频信号时达到75KHz的频偏，保证调制基带信号的最大调制度100%。VCO压控电路产生射频载波信号的方法是通过直接调频变容二极管来实现，压控振荡器产生的频率由鉴相器电路的分频器分频后与参考频率进行比较，然后输出差拍电压，同时锁定并指示出鉴相器输出的直流信号。环路滤波器电路滤除差拍电压的高频成分与和频成分，将信号反馈至VCO压控振荡电路中，再使压控振荡器VCO产生的频率接近锁定频率，同时环路滤波器还起到扩大扑捉频率范围，加速锁定频率的作用，提高了整个电路的抗干扰能力和保持稳定输出的能力。输出级放大电路仅在信号被锁定的状态下工作，它对VCO压控振荡电路输出的RF信号进行功率放大至1mW，提高了信号通过传输路径时的抗干扰能力。
2、音频处理器电路
音频处理器电路的主要功能是完成立体声编码，由音频预处理电路、预加重电路和立体声编码与限幅器电路组成。调频数字激励器都具有性能优异的立体声编码器模块，提供单声/立体声/MPX信号接口和附加业务信道接口，同时提供可以选择的AES/EBU、S/PDIF数字音频接口，支持数字音频广播。音频输入信号的幅度调整由音频预处理电路完成，实现对音频衰减器的控制，调整衰减量的大小，设置输入阻抗，在一定程度的范围内设置音频信号输入的标称电平。通常情况下，设置标称音频信号电平输入时，基带信号对调制载波的频偏为75KHz。预加重电路为数字调频激励器提供50μs、75μs的预加重常数，通过预加重选择开关来控制预加重常数的选择。立体声编码与限幅器通过软开关对L/R路音频信号处理，实现与导频信号（19KHz）进行混合，与硬开关矩阵式的编码方式相比，软开关方式具有高分离度，低失真度的优点，当音频信号的幅度超过设置的标称电平后，限幅器能调整输出复合信号的幅度来确保调制频偏在合理的电平范围内。
3、激励器功率放大与电源电路
调频数字激励器的功率放大电路将已调波信号进行功率放大，为发射机的下一级电路提供输入信号，由功率放大器件电路、低通滤波器电路和定向耦合器电路组成。常用的30W功放将来自调制器电路的射频信号经过两级放大器放大后，经过低通滤波器，滤去二次以上的谐波，再经过定向耦合器，输出30W的射频信号，由N型射频插座输出。由定向耦合器检测射频入射电压FWD来确定射频输出功率，检测射频反射电压REF来确定射频反射功率，及通过BNC射频插座输出射频监测信号进行RF监测。数字调频激励器采用开关电源作为电源模块为其他电路供电，开关电源对纹波具有良好的滤除效果，保证了激励器在运行时具有优良稳定的指标。
4、控制与监控检测电路
控制与监控检测电路包括音频输入监测和自动切换、自动功率控制和功放保护、音量自动调整、削波、远程控制和同步等功能电路。监测程序对各音频输入接口进行实时监测，可以检测音频信号是否丢失，对于数字音频接口，检测接口是否故障（没连接或损坏）。当音频备份功能开启时，如果检测到当前选用输入接口音频信号丢失或接口故障，则按备份优先级顺序切换到正常的输入接口。自动功率控制和功放保护电路通过监控软件监测发射机的入射功率和反射功率，激励器检测发射机入射功率检波电压，与设定的入射跟踪电压比较，通过调整激励器输出功率，实现发射机功率稳定。音频幅度在较长时间内达不到满幅度（100%调制度），音量自动调整电路会自动提高音量，如果音频幅度过大，出现较多削波情况（每毫秒一次），系统会自动降低音量。如果调制后的频偏大于110KHz，则对音频进行削波。激励器具有远程控制接口（RS232/RS485），外部控制主机可以通过远程控制接口设置激励器的工作参数，读取激励器的工作状态。同步功能电路可根据外部输入的10MHz和1PPS信号，调整音频时延和导频相位，保证在相干区内音频和导频的同步。
二、锁相电路的维护
调频数字调制激励器的锁相环电路是一种动态环路控制电路，判断锁相环路故障的依据就是根据环路的工作状态。根据实际维护经验对锁相环路故障处理做出总结如下：
1、接通电源，检查电源电压，VCO压控电压是否在正常的范围之内。
2、如果电源电压和VCO压控电压均在正常范围内，检查鉴相器的频率预置拨码，必要时重新进行拨码预置，长时间工作后，由灰尘和振动可导致触点接触不良。
3、仔细检查鉴相电路输入端的比较信号频率是否正常，来确定故障原因和范围。检查晶体基准电路和分频电路，实际处理故障中经常出现故障的器件是晶体外接起振电容的容值发生变化进而导致故障，故障现象多为失锁。
4、如果鉴相器输入的基准频率正常，则需要检查RF载频采样信号。该部分电路比较复杂，工作量较大，先检测分频器，再检查压控振荡器，逐级检查，为了提高效率可采用替换集成电路的办法来快速找出故障点。
5、检查环路滤波器，确认滤波电容是否存在漏电情况。
6、经过以上步骤检查还不能排除故障，则直接替换鉴相器集成电路。
结束语
数字调频激励器由于采用了很多先进的数字处理技术，逐渐发展成调频广播的主流配置，只有熟练的掌握数字调频激励器的工作原理才能使我们在今后的维护工作上游刃有余。