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1、第二章 调幅广播中国传媒大学信息工程学院,第一节 调幅概论,用调制信号控制高频振荡的参数（幅度、频率、或相位），称为调制。用调制信号控制高频振荡的瞬时幅度，即高频振荡的瞬时幅度随着调制信号瞬时幅度的变化规律而变化，称为幅度调制（AM），简称调幅。,一、调幅波的性质1、已调波表达式 设调制信号为u(t)=Ucost 载波信号为uc(t)=Uccosct 则已调波的表示式为： u(t)= Uc(1+mcost)cosct = Uccosct +(1/2)mUccos(c+)t + (1/2)mUccos(c-)t 式中 m=U/Uc称为调幅度(调幅系数),2、频谱由调幅波的表达式可以看出，在单音调
2、制时，已调波由三个频率分量组成：载频c上边频(c+)下边频(c-),单音调制时调幅波的波形图和频谱图,由于广播节目信号可能包含从最低频率FU 到最高频率FO的所有频率成分，是一个低频带信号，因此，节目调制时调幅波的射频带宽为调制信号最高频率FO 的两倍。,节目调制时调幅波的频谱图,3、矢量图载波分量、上边频、下边频分别以c、(c+)和(c-)的角频率向左旋转。如果以载波分量为参考，则上、下边带以的角频率分别向左和向右旋转。,单音调制时调幅波的矢量图,4、电压、功率关系 如果载波电压幅度为Uc, 天线电阻RA，则天线上的载波功率为： Pc =(1/2) Uc2/ RA 每个边带的功率为 (1/2
3、)(m Uc/2)2/RA=(1/4)m2Pc 两个边带的总功率为: (1/2) m2Pc,在调制信号一个周期内已调波的平均输出功率为： PAM= Pc+ P上边+P下边= Pc + 2P边 = （1+m2/2）Pc,由调幅波的表达式、频谱图或矢量图都可以看出，在m=1时， 在调幅波的峰点： 高频振荡电压的最大幅度为2Uc，该时刻的功率为4 Pc； 在调幅波的谷点： 高频振荡电压的瞬时幅度为0，该时刻的瞬时功率为0； 在调制信号一个周期内已调波的平均输出功率为1.5 Pc 。,二、调幅波产生原理 产生调幅信号的方法有很多种，从原理上说，都可以表示为高频振荡器（激励器）给出载波信号，经放大后，送
4、入被调级，音频调制信号经放大后送入调幅器，被调级受调幅器输出信号的控制而输出调幅波信号。,调幅原理方块图,具体实现调幅的方法很多，随着时代的发展，调幅技术也在不断进步，效率低、电声指标差的一些调制方法已经淘汰，现在广泛使用的实现调幅的调制方法主要有： 乙类板调（调制器工作于乙类）； PDM（脉宽调制）； PSM（脉冲阶梯调制）； DX系列与MMW（采用数字处理的方法实现幅度调制）。,第二节 射频谐振功率放大器,射频谐振功率放大器是用谐振系统作为匹配网络，它是发射机射频系统的重要组成部分，它通常指位于射频末级和末前级、工作于丙类或丁类的大功率放大器。射频谐振功率放大器由放大器件（晶体管或电子管）
5、、谐振回路和供电电路构成。,一、放大器件（一） 晶体管 晶体管器件多用在中小功率发射机的放大器中。广泛使用的是金属氧化物场效应晶体管。当前，大功率中波广播发射机的射频功率放大器使用数百个工作于开关状态的小功率的场效应晶体管（模块），进行功率合成后，可使发射机的载波功率直到1000kW，这种发射机是使用数字处理的方法实现调幅。,（二） 电子管 电子管是电真空器件。射频谐振功率放大器使用的电子管的特点是电压高、功率大、消耗功率大、电极温度高。为确保长时间工作的安全，要视功率等级的不同，采用不同的冷却系统（风冷、水冷、蒸发冷却、超蒸发冷却）对电子管冷却。,射频谐振功率放大器通常使用三极（阴极、栅极与
6、阳极）管和四极管（在三极管的栅极与阳极之间增加了一个帘栅极）。 电子管的阴极是发射电子的，阳极（又称板极、屏极）是收集电子的，而栅极位于二者之间，且距阴极很近，阳极正电压产生的电场受到栅极的屏蔽作用，因此栅极电压控制板流的作用要比板极电压的控制能力强。,四极管中的帘栅极施加比阳极低很多的正电压，主要作用： *增强控制能力（对电子有加速作用）， *减小阳极与阴极之间的极间电容（使放大器工作稳定）。,在冷却系统运行正常后，大型电子管的各极电压的施加，要遵循一定的规则，否则可能会使电子管损坏或减少寿命。 大型电子管的灯丝就是阴极，灯丝电压要分段或平滑加至额定值，经过一定的时间后，才能加上栅极电压、阳
7、极电压，最后加上帘栅极电压。关机时操作顺序相反。 为了安全起见，大型电子管都有过流、过热保护装置。,二、 电路构成与特点 射频谐振功率放大器按高频电位的公共点的不同，可分为共阴（相当于晶体管的共发、共源）、共栅（相当于晶体管的共基、共栅）和共阳（相当于晶体管的共集、共漏）等三种电路。 广播发射机多应用共阴电路。,共阴、共栅、共阳射频功率放大器电路原理图,共阴射频功率放大器电路原理图,图中ug是栅极激励电压，由前一级供给，Lg和Cg组成的谐振电路为栅极负载，La和Ca组成的谐振电路为板极负载。板极回路中的R包括两部分，一是回路自身的高频电阻r,，另一部分是实际负载反射到回路中的电阻r ，前者反映
8、回路的损耗，而后者与R= r + r,的相对关系反映回路传输效率。,电路中其他元器件的作用是： C0为输入耦合电容； Cgf和Caf分别为高频旁路电容； Lgc和Lac为高频扼流圈； CA为输出耦合电容, ZA为天线回路阻抗； GA为电子管； Ea 和Eg分别是板极与栅极的供电电压。,不论栅路还是板路，共同的构成原则是： 必须有直流电源和交流负载；对直流来说交流负载可视为短路，不允许高频电流流入直流电源；对基波而言，负载的谐振阻抗应等于电子管要求的负载阻抗；,对谐波而言，负载应视为短路；对直流、基波和谐波都是通路，而不能是断路。 为了同时满足直流和高频的要求，在实际构成电路时，必须接入相应的隔
9、流元件（扼流圈和隔直流电容）。,三、工作原理（一）基本分析方法（回路方程） 设送入栅极的激励信号为U g cost, 则电子管栅阴之间的瞬时电压为： egk = Eg +Ug cost (Eg为负值 ),在谐振状态，只有基波电流在板极谐振回路上产生压降，回路两端的电压为： ut =Roe Ia1 cost=U t cost 式中Roe为回路谐振阻抗，Ia1 cost为高频基波电流。,板极与阴极之间的瞬时电压为： eak = Ea- ut = Ea - U t cost 板阴之间的基波电压ua与回路电压ut大小相同 ，方向相反。,（二 ）谐振回路的作用 高频功率放大器谐振回路应具备的特性或作用有
10、以下几方面： *高效率进行功率传输； *选频功能，抑制谐波； *阻抗匹配（将负载阻抗与电子管要求的 最佳阻抗匹配）； *满足需要传输的信号带宽。,（三）回路的基本形式 广播发射机高频功率放大器的谐振回路（又称槽路）有选频功能，应由LC组成。 同时，槽路接收电子管输出功率，还要将其传送到下一级电路或馈线。因此，槽路内应有一电阻成分 r，它代表了下一级电路或馈线的反射电阻。此外，线圈L本身有损耗，可用r，表示，r与r，相加，用R表示。为了减少谐波输出，R一般在L支路。,回路的基本形式,（四）谐振频率与谐振阻抗 设电流基波频率为，则板极回路的阻抗可用下式表达： 谐振时ZL应为纯阻，即上式的分子与分母
11、的虚部应相等（考虑符号）。设谐振频率为0 ，则,经变换后得到： 0 = 谐振阻抗，即通常所说的高频功率放大器的负载阻抗为： Z0= L/CR,当R不在电感支路而在电容支路时，可推导出此时的谐振频率为,（五）槽路中的电流 讨论槽路中的电流问题，了解基波电流Ia1与槽路各支路电流之间的大小关系与相位关系，同时看出槽路传输功率的作用。 为了分析方便起见，通过串并转换，可将槽路的实际构成图（b）变为图（a）的等效形式。图中的电流和电压均为复数Q=XL /R =L/RR，=(1+Q2) R,谐振电路的等效,由图可以看出，回路电流 IT =-IC， IL = IT +Ia1 ， IR，= Ia1 在图（a
12、）中，R，支路电流为IR，电感支路电流为IL =-IC ，电容支路电流为IC =-IT,在谐振时，图a中的电感与电容并联谐振，呈现无穷大阻抗，相当于开路。因此，R0e = R，, Ua = Ia1R0e = Ia1 R，= IR，R， IR，= Ia1= Ua/ R， Ua为板极高频基波电压（基波电流与基波电压同相）。,在图（a）中，电感、电容支路电流为： IL = Ua/（j R，/Q）=-j(Ua / R，) Q = Ia1 Q e -j/2 (落后Ia1 900) IC = Ua/（-j R，/Q）=j(Ua / R，) Q = Ia1 Q e j/2 (超前Ia1 900) 从数量关系
13、讲，环路电流（槽路电流） IT = Q Ia1,实际线圈的电流IL为： IL = IL，+ IR，= IL，+ Ia1 (注意以上均为矢量表达式) 从图（b）看， Ia1 = IC +IL IL = Ia1 - IC = Ia1 + IT 根据以上的分析，可以画出有关电压电流的矢量图。由图可见，由于R的存在，流过L中的电流落后两端电压不到900。,槽路有关电压电流矢量图,（六）功率平衡关系 槽路输入功率为： P= （1/2）Ia12 R0e =（1/2）Ia12 R， 电流流过电感支路中的R，则R吸收的功率为： PR =（1/2） IL2 R = 1/2（ Ia1 ）2R = 1/2 Ia12（1+Q2）R= 1/2 Ia12 R，,可以看出，电感支路中R吸收的功率即是送入槽路的功率，而R除了少量的线圈损耗电阻外，代表馈线输入阻抗或下一级输入阻抗，因此，实现了功率传送。,
