调频立体声广播原理

1、第一章 调频立体声广播原理第一节 调频广播的发展史调频方式是1935年在美国的实验室证明可以用来作为广播的一种调制方式。1941年5月，美国首先开始在4350MHz波段进行调频广播（随后频率改变为88108MHz），但发展缓慢。在1958年开始双声道调频立体声广播，并在1961年，美国联邦通信委员会（FCC）决定采用AMFM制（GEZenith制式，即我们现在所说的导频制）为立体声调频广播制式。由于这一制式的确立，调频立体声广播从此在世界各发达国家迅速开展，例如苏联从1959年，原西德从1963年，日本从1962年开始立体声调频广播。在欧洲，调频广播得到了更加积极和广泛的实施，因为这种方式解决

2、了在比较密集狭小的地区内，中波广播频带不够分配而导致的串台现象严重的问题。而在日本开始采用调频广播的目的是它可以排除邻国中波台的串扰，提高广播音质，并在70年代以后得到迅猛的发展。在我国，上世纪50年代末就开始了试验性调频广播，当时主要用于节目传输。对于新中国来说，在相当长的时间内，广播首先要解决幅员辽阔、人口覆盖的问题和对外的宣传问题，因此中波广播和短波广播是更为有效的方式。进入上世纪80年代以后，直至2000年以前，随着“四级办广播”的指导方针的确定，极大地调动了各地方办台的积极性，调频广播方式开始为各级电台所采纳。随着电子元器件的发展和通讯技术的进步，到80年代后期我国的调频广播迅速的发

3、展起来。中央及省级调频台大部分采用10kW功率等级电子管发射机，发射台一般设置在高山上和电视塔上，覆盖着城市稠密的人群；中小城市一般采用自立式铁塔作支撑架设天线，多采用300W5kW电子管发射机；而县乡城镇多采用小调频10W100W。到上世纪90年代初，我国的调频发射机研制生产能力已得到长足的进步，陆续推出了300W、1kW的全固态调频立体声广播发射机，并能批量生产。此后调频广播主要向立体声、多功能附加信道、全固态方向发展，对设备性能要求越来越高，节目内容也越来越丰富，新闻、教育、文化、科技宣传、娱乐和各种广告等各种信息服务应有尽有，极大的丰富了人们的业余文化生活，听众参与节目十分踊跃，这一时

4、期是调频广播发展的鼎盛时期。目前国内的广播发射设备制造厂商已能提供从10W10kW各种功率等级的全固态调频立体声广播发射机，包括天馈系统在内的整个环节都已实现了国产化。本书以1kW全固态调频立体声广播发射机为参考机型，讲述调频立体声广播发射机的原理、操作与维护。第二节 调频广播的基础理论通信广播的各种方式都是要利用电磁波来传送信息，把电磁波作为载体，以不同的方式把信息装载后发射出去，在接收端再以相应的方式把信息取出来。前一过程称之为调制（Modulation），后一过程则称为解调（Demodulation）。作为载体的电磁波用数学表达式可表示如下，在以后叙述中我们称之为载波信号：式（11）或式

5、中，uC (t) 任意时间t的电压；UC 载波信号的最大振幅；C（2fC）载波信号的角频率；f C载波频率 我国标准规定，5311602kHz为中波调幅波段，2.226MHz为短波调幅波段，87108MHz为调频波段。；t时间，以后有时间的量以瞬时值描述。作为调制信号的音频，以单音为例，用数学表达式表示如下：式（12）式中，u（t） 调制音频电压瞬时值；U调制音频电压的最大峰值；调制音频的角频率；F调制音频频率 中波调制频率范围一般为50Hz8kHz，调频调制频率范围为30Hz15kHz。到目前为止，作为模拟广播发射机的主要调制方式有两种，即调幅AM（Amplitude Modulation）

6、和调频FM（Frequency Modulation）。为便于理解，以下以调幅和调频作为对比，分析它们的调制方式不同点。调幅方式顾名思义就是把调制信号加到载波信号的振幅上，使得载波信号的振幅大小随着调制信号的大小而变化。用数学表达式可表达为：式（13）式中，u(t)经过幅度调制的载波瞬时电压，简称已调波信号；m（）称为调制系数，其中K为比例系数。比较式（11）和式（13）可发现，式（11）中的振幅项UC变成了，即载波的幅度变成随调制信号而变化的变量，并且可以调节调制的深度，完成了调幅的目的。调频就是对式（11）中载波的频率项fC（或角频率C）进行调制，使载波的瞬时频率随着音频调制信号的大小而变

7、化，在最终的结果上，实际上是总相角Ct随调制信号的变化，而载波的幅度保持不变。当调制信号为式（12）的u(t)时，按频率调制的定义，调频波的瞬时频率应该以载波频率为基准，随着调制信号的大小偏移基准值，即：式（14）式中， C 未受调制时的角频率；(t) 调制后角频率的变化量，叫做瞬时角频率偏移，它与调制电压的幅度成正比； Kf比例常数。 (t)的最大值叫做最大偏移，以表示，即：习惯上把最大频移称为频偏。在调频广播发射机中主信号标准频偏为75kHz，而最大频偏为100kHz。这是关于调频方式概念上的了解，以下的数学分析过程则可求得调频波的最终表达式，并且会得到调频波的相关参数的表征方法。已知调频

8、波的角频率，那么，它的总相角可表示为：式（15）式中，是调频波的相位变化量，它和调制电压对时间的积分成正比，因此调频波的瞬时表达式为： 式（16）式中，称为调频波的调频指数，它是以弧度为单位的调频波的最大相位偏移。调频指数和调制信号的振幅成正比，和调制信号的角频率成反比。这里需要特别提及的是调频波的频谱，它不像调幅波所产生的上下两个边带那么简单。由于数学推导过程非常复杂繁琐，这里我们仅利用已有结论。从理论分析上已经证明，调频波的频谱是由载频C和无数对边频（Cn）组成。其中n为任意正整数（n1，2，3，）。也就是说，调频波的边频有无限多个，因而频带也为无限宽，相邻边频之间的间隔等于调制信号频率。

9、但实际上调频波能量的绝大部分是集中在载频附近的一些边频中，跟调频指数mf的关系是：式（17）在当n （mf1）时，边频的幅度已降到小于0.1，滤除掉大于（mf1）的边频分量，对调频波的失真影响不大，因此得到以下重要结论，也是通常计算调频波频谱有效宽度的原则，即：式中，Fmax为最高调制频率。当Fmax15kHz，频偏fm为规定的75kHz时，单音调频波的频带宽度通常记为：在要求两相邻电台干扰比较小，或要求非线性失真很小时，带宽还应适当的加宽一些。通常取：式（18）由以上公式可以看出调频波的频带宽度主要取决于调制信号的最高频率，在频偏受限的情况下调频指数也由调制频率确定，调制频率低时，调频指数较

10、高，调制频率高时，调频指数较低。最低即为Fmax15kHz时，mf5。由于调频指数mf随着调制频率的升高而减小，因此表现在接收效果上调制音频的高端信噪比比较差，针对调频发射机的这一缺点，专门采用了预加重与去加重技术措施来改善高端信噪比。具体原理如下：在发射端将音频信号的高端部分提升即称为预加重。提升点选择在音频信号频谱密度下降了3dB时所对应的频率值。对于调频广播，f约为3.2kHz，这时50s。典型的预加重网络和特性及参数值如下：（a） (b)图1-1 预加重网络与特性F4001K3K5K7K10K12K15KdB00.412.765.337.5910.3011.7313.60表1-1 50

11、s标准预加重提升值在接收端（收音机）鉴频器之后，设置具有相反特性的去加重网络，仍选取3.2kHz为基准点，最后使加重的信号恢复到它原来的相对值上。去加重网络及去加重特性如下：（a） (b)图1-2 去加重网络与特性经过预加重去加重处理后的调频信号，信噪比得到很好改善。例如Fm15kHz，50s时，噪小减小到十分之一。调频广播与中波调幅广播相比，调频广播具有以下特点和优势，因此得到了迅速发展。1、没有信号串扰现象中、短波段电波可以被电离层反射，因而可以传到很远的地方，其传播距离还受地面环境、天气变化的影响，覆盖范围内信号变化较大，也容易形成相近频率电台间的串扰。调频广播使用超高频波段，只能在视距

12、范围内传播，在视距范围以外信号迅速衰落，因而就不会形成串扰，有利于频谱的高效利用。2、信噪比好调频广播不同于调幅的最大区别在于调幅信号是电波的幅度随信号变化，因此只要外界存在如荧光灯、电器设备等产生火花脉冲类信号都极易进入收音机形成干扰，因为它迭加在信号幅度上，因此难以排除。而调频信号是等幅的电波，接收信号可以通过限幅放大来恢复，并且因为调制度大，所以信噪比好。另外，在超高频波段，外部能产生的噪声也小，所以可以实现高信噪比的优质广播。3、动态范围宽动态范围是指人耳听觉能够感受到的不失真的音量变化范围。中波广播因为调制度受到限制，加之为提高信号响度，一般都采用措施提高平均调制度，因此信号动态范围

13、小，适合于声音广播。而调频广播由于本身信噪比高，实际动态范围可达60dB以上，可以较好的表现一般音乐信号，适合于各类节目播出。4、能进行高保真度广播仅仅是信噪比好、动态范围宽还不够，要进行高保真度广播，还必须能够实现音频信号足够的带宽，这一点调频广播也完全能够满足，一般情况下，人耳所能闻听的最高音频为15kHz，如前所述，在规定的75kHz频偏时，调制带宽可满足15kHz调制。而中波调幅广播，按规定每个电台占用的频带宽度应当是9kHz，但通常大都占有14kHz左右，即调制频率最高可限制到7kHz，很明显保真度不高。5、可以进行立体声广播因为调频广播具有以上高信噪比、宽动态范围和能够进行高保真度

14、广播的优越特性，所以可以由一部发射机进行高质量的双声道立体声广播。第三节 调频立体声广播的原理从调频的方式来讲，单声与立体声都是一样的。调频立体声广播关键要解决的问题是如何把左（L）、右（R）两个声道分别录制的声频信号送入调制器，而且同时要考虑好接收端如何恢复解调出左、右两路信号，因为立体声重放系统要求左、右路信号独立。这里有一个前提条件，即经过立体声调制的信号，首先要兼容普通单声道收音机的收听，并且调制度、信噪比等技术指标降幅不能太大。经过数十年的努力与实践，目前双声道立体声调频广播的制式趋向统一，即绝大多数国家都采用了调频调幅（即称为导频制的GEZenith）制式。这种制式把左、右声道信号

15、之和（LR）作为声频段的和信号，简称为M，作为单声道接收的信号，频带范围为30Hz15kHz。把左、右声道信号之差（LR）作为声频段的差信号，简称S，并采用拟制载波的调幅方式调制在副载波上，副载波频率规定为38kHz，因此形成频段3815kHz，即23kHz53kHz的调幅差信号。经这样处理后的信号两项加起来用数学式表达为：式中S即为副载波的角频率，另外为了在接收端解调出差信号（LR），则需要准确的恢复副载波信号S，所以必须在发射时加上副载波的信息。导频制立体声广播规定要加入的导频信号是副载频的半频，副载波规定使用38kHz，导频则是19kHz。至此，完整的立体声调制信号称为立体声复合信号可表

16、示为：式（19）式中，L左声道信号；R右声道信号；S副载波的角频率（fS38kHz）；P导频信号电压的振幅值（最大频偏10，即7.5kHz）。从式中可知，这种立体声复合信号包括三部分。第一部分即式中第一项是L与R之和M信号，它与单声道广播所含有的信息完全相同，其最大频偏为单声道广播时最大频偏的90；第二部分即式中第二项是L与R之差S信号，调幅在频率38kHz的副载波上，并将副载波拟制后留下的两个边带波，同样它的最大频偏也为单声道广播时最大频偏的90；第三部分即式中第三项是为了在接收机中恢复38kHz副载波，从而准确恢复差信号S而加入的频率为19kHz且幅度适量的导频信号，实际使用中导频占用总频

17、偏的810，约7.5kHz频偏。用以上三部分信号对主载波信号调频，总频偏仍为75kHz，其中导频信号固定占用7.5kHz，主、副信号合用90，这样便形成了导频制立体声调频广播信号。这种导频制立体声复合信号的频谱如图：图1-3 导频制立体声信号频谱图从频率上由低到高排列依次是：第一段30Hz15kHz和信号M，这也是调频广播单声的整个频带，当接收机为普通的单声道收音机时，只解调这一段，此段以上部分只需简单的低通滤波器滤除即可；第二段是单一频率导频19kHz，在接收端，解调出的导频经倍频后变成38kHz，作为解调差信号的副载波；第三段是差信号S经过调幅后形成的副信号，由于调幅的副载波是38kHz，

18、最高调制音频是15kHz，因此调幅产生的边带最低频率为381523kHz，而最高频率为381553kHz，而38kHz的上下间隔就是调制音频的最低音频即230Hz，因此在接收端副载波是难以在副信号中滤出来的，所以在调制时拟制了副载波而加入了恢复此副载波的导频信号。由此可见，立体声广播关键是解决好调制前的信号处理，现在习惯称这一过程为立体声编码，实现这一过程的设备就称为立体声编码器（Stereo Coder）。随着调频广播业务的拓展，利用调频广播频带宽的优势在调频立体声广播的基础上还增加了立体声加附加信道广播（即SCA）、调频双节目广播等多种附加业务广播（如RDS），这些广播方式的增加只需改变在

19、调频激励器之前调制信号的处理方法上，如最基本的立体声编码器SCA编码器，或双节目编码器等，而发射机的其他组成部分不需改变。第四节 调频立体声广播发射机系统组成一般来说，调频立体声广播发射机在整个发射系统中是相对集中完整的一个主体。它包括有调频激励器、功率放大器、控制系统及供电系统等组成。如下图所示。图1-4 调频立体声广播发射机原理图发射机除电源输入外，最重要的就是音频调制信号的输入及载频已调波的输出，只有高质量的节目信号，才能使高质量的播出得到基本保证。这里可能涉及到信号的传送、音频处理器的处理等问题，发射机的输出经过馈线送到天线发射时，当有多部发射机共塔或主备机交换问题时，还需经过同轴开关

20、切换或多工器组合送到天线，这中间的每一处连接都要求有严格的技术保证。目前传统的调频立体声广播发射机主要采用变容二极管直接调频技术和锁相环稳频电路来实现调频调制的，最新的数字式调频激励器采用了数字信号处理技术，通过FPGA、DSP器件，在数字域实现调频频率综合器。本节重点介绍发射机中调频激励器和立体声编码器的工作原理，最后简单说明对发射机以外配套系统的要求。一、 调频调制器实现调频的方法可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行

21、适当处理（如积分）后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点，直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广。间接调频器的优点是载波频率比较稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。调频器广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备 。 目前模拟的调频广播发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的

22、频率调制方案。 1 .变容二极管直接调频原理用调制信号直接控制振荡器的瞬时频率变化的方法称为直接调频法。如果受控振荡器是产生正弦波的 LC 振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。将受到调制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。 可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管。作为电压控制的可变电容元件，它有工作频率高、损耗小和使用方便等优点。具有铁氧体磁芯的电感线圈，可以作为电流控制的可变电感元件。此外，由场效应管或其它有源器件组成的电抗管电路，可以等效为可控电容或可控电感。 直接调频法原理简单，频偏较大，但中心频率不易稳定。在正

23、弦振荡器中，若使可控电抗器连接于晶体振荡器中，可以提高频率稳定度。 图1-5 变容二极管调频原理图变容二极管调频电路是有主振电路和调频电路构成，T为振荡管，C1、C2、C3、L1为主振回路，D为变容二极管，Cc为耦合电容隔离直流，C5为高频滤波电容，C4为耦合电容，Cb为旁路电容。R1、R2为变容二极管提供一个静态反偏电压，R3为隔离电阻，Rb1、Rb2、Re、Rc给三极管提供一个合适静态工作点。设调制信号为u(t)=Um cost,加在二极管上的反向直流偏压为 VQ, VQ的取值应保证在未加调制信号时振荡器的振荡频率等于要求的载波频率,同时还应保证在调制信号u(t)的变化范围内保持变容二极管

24、在反向电压下工作。加在变容二极管上的控制电压为：r (t)= VQ+ Um cost根据上式可得，相应的变容二极管结电容变化规律为 (1)当调制信号电压u(t)=0时，即为载波状态。此时r (t)= VQ，对应的变容二极管结电容为CjQ (2)当调制信号电压u(t)=Um cost时,对应的变容二极管的结电容与载波状态时变容二极管的结电容的关系是：令= u/(UD+VQ)为电容调制度,则可得 上式表示的是变容二极管的结电容与调制电压的关系。而变容二极管调频器的瞬时频率与调制电压的关系由振荡回路决定。无调制时，谐振回路的总电容为：；Q为静态工作点所对应的变容二极管节电容。当有调制时，谐振回路的总

25、电容为：C；回路的总电容的变化量为：CCQ；频偏f与的关系:f=1/2f0*/ CQ。由变容二极管部分接入振荡器振荡回路的等效电路。调频特性取决于回路的总电容C,而C可以看成一个等效的变容二极管, C随调制电压u（t）的变化规律不仅决定于变容二极管的结电容Cj随调制电压u（t）的变化,而且还与C1和C2的大小有关。因为变容二极管部分接人振荡回路,其中心频率稳定度比全部接入振荡回路要高，但其最大频偏要减小。2.变容二极管工作原理变容二极管又称可变电抗二极管。是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈

26、大，则结电容愈小。变容二极管具有与衬底材料电阻率有关的串联电阻。主要参量是：零偏结电容、零偏压优值、反向击穿电压、中心反向偏压、标称电容、电容变化范围（以皮法为单位）以及截止频率等，对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压大小而变化的原理设计的一种二极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现较大的结电容。这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。正是利用了变容二极管这一特性，

27、将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会随调制信号电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。已知，结电容 C j 与反向电压 V R 存在如下关系： 图1-6 变容二极管符号及电容公式加到变容管上的反向电压，包括直流偏压 V Q 和调制信号电压 V (t)= V cos t ，如图1-7所示，即 V R (t)= V Q+ V cos t此外假定调制信号为单音频信号，结电容在 V R (t) 的控制下随时间发生变化。 图1-7 用调制信号控制变容二极管结电容把受到调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡频率亦受到调制信号的控制。适当选择变容二极

28、管的特性和工作状态，可以使振荡频率的变化近似地与调制信号成线性关系，这样就实现了调频。 3. LC振荡电路工作原理LC三点式振荡组成原理图如图1-8，其振荡频率f=。当X1和X2为容性，X3为感性时称为电容反馈振荡器，其中C=；当X1 和X2为感性，X3为容性时称为电感反馈振荡器，其中 L=L1+L2。当我们相应变化电容值时就能使频率作出相应的变化，以达到调频的目的。图1-8三点式振荡电路组成3.1电容三端反馈振荡电路图1-9电容三端反馈振荡电路交流电路对于一个振荡器，当其负载阻抗及反馈系数已经确定的情况，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小，波形好坏）有着直接的影响。要想

29、起振，首先三极管应该工作在静态工作点。电路应选择合适的静态工作点的位置。电容三端反馈振荡电路利用电容C3和C2作为分压器，该电路满足相位条件，选取合适时满足振幅起振条件，即：，该电路就可振荡。可得到振荡频率近似为：式中：C是振荡回路的总电容。该电路与电感三端反馈振荡电路相比，输出波形较好，波形更接近正弦波。适当地加大电路电容，就可减弱不稳定因素对振荡频率的影响，从而提高电路的稳定度。这种振荡电路的特点是振荡频率可做得较高，一般可达到100MHz以上，由于C3对高次谐波阻抗小，使反馈电压中的高次谐波成分较小，因而振荡波形较好。电路的缺点是频率调节不便，这是因为调节电容来改变频率时，（既使C1、C

30、2采用双连可变电容）C1与C2也难于按比例变化，从而引起电路工作性能的不稳定。因此，该电路只适宜产生固定频率的振荡。3.2 电感三端反馈振荡电路图1-10电感三端反馈振荡电路等效交流电路由于L1与L2之间有互感的存在，所以容易起振。其次改变回路电容来调整频率时，基本上不影响电路的反馈系数。它的输出振荡波形较差,这是由于反馈电压取自电感的两端,而电感对高次谐波的阻抗较大,不能将它短路,从而使Uf中含有较多的谐波分量,因此,输出波形中也就含有较多的高次谐波。工作频率愈高，分布参数的影响也愈严重，甚至可能使F减小到满不了起振条件。电感三端反馈振荡电路利用电感L1和L2作为分压器，该电路满足相位条件，

31、选取合适时满足振幅起振条件，即：，该电路就可振荡。可得到振荡频率近似为：式中：L=L1+L2+2M是振荡回路的总电容。4.锁相稳频技术对于变容二极管直接调频电路来说，由于调制器是由普通的LC自激振荡器和并联的变容二极管组成，所以有很多因素会引起振荡频率发生变化，这些因素包括变容二极管的非线性、电源电压的变动、负载的变化、温度等环境条件的变化、电路元器件老化、机械振动等。为了消除这些导致中心频率不稳定的因素，除了注意电路和结构的设计外，还应当采用自动相位控制电路使中心频率稳定在规定范围以内。图1-11是典型的锁相稳频电路的结构框图。共包括五个部分：压控振荡器、鉴相器、低通滤波器、基准晶体振荡器和

32、分频器。放大的调制信号加入压控振荡器，对其进行频率调制，经过调制的高频信号一路送至后面的放大电路，另一部分送入分频器进行分频。分频器输出的方波信号送入鉴相器中，与基准晶体振荡器经过分频后得到的基准信号进行比较，实现相位锁定。鉴相器的输出信号经过环路滤波器送入压控振荡器中，控制压控振荡器的振荡频率，从而达到稳定频率的目的。图1-11锁相稳频电路框图由于调频的结果使压控振荡器输出信号的瞬时频率总是偏离其基准值，而环路的功能就是要抑制这种频偏，这就产生了一个矛盾。为了解决这个矛盾，应该使调制信号的频谱处于环路通带之外，也就是需要在鉴相器和压控振荡器之间加一个低通滤波器，将其滤除。环路只对引起压控振荡

33、器平均中心频率不稳定的那一部分起作用，也就是说，已调信号在中心频率附近很小的一个频偏范围内变化。二、立体声编码器立体声编码器是激励器中功能独立的一个单元，最初因为体积较大，通常做成一个单独的小盒，现在由于电路改进，元件小型化，整个编码器可做成手掌般大小，因此常作为激励器的可选件。我国以及世界上绝大多数国家采用了调频调幅导频制调频立体声广播制式，其中的调幅就是指在立体声编码器中对左、右声道信号之差LR采用调幅方式调制在38kHz的副载波上，简称为调频调幅式，因为这种制式的另一特点是在复合信号中加入了导频，因此也称为导频制。如果将左、右声道之差LR用调频方式调制在副载波上，就称为调频调频制式，这是

34、瑞典研制的方式，它的优点是左、右声道间的串音衰减可以做到60dB，因此立体声分离度极好，但这种制式电路结构较为复杂，接收机和发射机的造价较高。在导频制的立体声编码器中，根据前面已得出的结论，即立体声复合信号的表达式如下：式（19）立体声编码器所实现的功能就是要把左、右声道的音频信号经过处理变成式（19）要求的形式，如果根据电路功能细分，可分解成如下功能电路：1 15kHz低通滤波和预加重功能一般都设计在左、右声道信号输入电路中，15kHz的低通滤波器要滤除15kHz以上的频率成分，而保证带内平坦。现在许多滤波器可以用厚膜集成电路来实现，比原始的电感电容组成的滤波器体积大大减小；预加重电路一般提

35、供两种时间常数50 us和75 us ，中国选用50us而欧洲一般选用75 us。电路有无源与有源两种形式，在测试发射机频响时应关掉预加重功能。2 导频产生电路和导频相位/电平调节电路立体声复合信号中的导频信号一般是从副载波频率分频取得，经过滤波成为单一正弦波，经过相位调节电路和电平调节电位器后用加法器混入主、副信号产生的调幅信号中，其中电平调节是控制导频信号在复合信号中占到规定的810比例。而相位调节是影响调频发射机整机立体声分离度指标的关键因素之一。导频相位差如果大于3，发射机的立体声分离度指标就不会理想。3 复合信号中第一项与第二项的产生根据先后研制并使用的立体声编码器采用的电路形式，可

36、以归结为四种方式，以下介绍各自主要特点和实现的基本原理：（1）矩阵方式立体声编码器这是最原始的一种方式，电路原理简单，容易理解，但调试困难，性能指标较差。它的框图如下图：图1-12 矩阵方式立体声编码器框图低通滤波器和预加重电路是各种方式中原理相同的部分，矩阵方式最大特点就是通过矩阵电路，先得到左、右两路信号的和、差信号，然后将差信号对副载波进行拟制载波的平衡调幅，并通过滤波器滤除三次以上的频率成分，从而得到公式中的第二项。因为经过调制的副信号要通过滤波器而产生了不可避免的相移，因此，主信号也要相应地设置一个相移补偿网络，尽可能使两路信号相移保持一致。实践证明，矩阵方式立体声编码器原理简单，实

37、现器件均为常见的模拟元件，如主要是变压器、二极管、LC滤波器等，但是这种方式难以获得好的立体声分离度指标，尤其是高端频率，由于变压器、滤波器、相移电路的使用，使得调试相当困难，影响分离度的主要因素是主信号和副信号两路的相移差和幅度差。（2）硬开关方式立体声编码器这种方式的理论基础建立在脉冲序列信号的富氏级数分析上，它是让左、右路信号分别通过重复频率为38kHz的开关，形成一组脉冲序列；当重复频率为fS（副载波频率38kHz），占空比为50的方波脉冲序列，幅度为1时，富氏级数展开式为：式（110）假设以此信号作为左路信号的取样脉冲，用其反向脉冲作为右路信号的取样脉冲，可表示为：式（111）用fL

38、(t)、fR(t)两开关信号分别对左右路信号L、R进行取样，然后相加，并滤去三次以上各式（112）次谐波后得：可以看到只要对主信号进行适当电平幅度补偿使其幅度为即可消除主、副信号的幅度差，而这是很方便作到的。这种方式唯一的缺陷就是三次谐波的最低频率为38315=99（kHz），仍要通过滤波器去滤除，而这一滤波器又难免对复合信号的高端53kHz产生相移影响，因此对高端的分离度提高形成限制，但可满足一般技术性能要求，过去用的较多。图1-13 开关方式构成复合信号的波式图（无导频）图1-13中，(a) 左声道信号开关取样脉冲，fL(t) (b) 左声道信号L (c) 取样后的左声道信号，LfL(t)

39、 (d) 右声道信号开关取样脉冲，fR(t)(e) 右声道信号R(f) 取样后的右声道信号，R fR(t)(g) 取样后的左、右声道信号之和，LfL(t) +R fR(t)(h) 滤除高次谐波后的左、右声道信号取样之和图1-14 开关方式形成立体声复合信号的原理及波形（3）数字频率合成调制法（DSM）实际上这一方式是开关编码方式的延续，只不过它分别利用38kHz和114kHz开关取样所产生的奇次谐波，巧妙的将副载波的三次谐波项互相抵消，从而将滤波器的最低滤除频率从99kHz提高到38515175（kHz），这样便大大减小了滤波器对副信号的相移影响，使立体声分离度指标保持在50dB以上。是比较常

40、使用的一种方式。因为这一方式主要依靠取样脉冲同频项相抵消为目的，因此对38kHz和114kHz的取样脉冲必须保证相位准确同步。用数学方式能更好地理解这一过程 :用重复频率分别为f1=38kHz(w)，f3=114kHz(3)的矩形脉冲同时对信号取样，其输出分别为：式（113）式（114）式（115）式（113）与式（115）相加得：式（116）（4）“软”开关方式立体声编码器以上介绍的三种方式从原理和实现方法都比较容易理解，尤其是第三种方式也比较实用。对于要求很高的系统，那就只能用这种称为“软”开关方式的编码器。“软”开关编码利用了更深更复杂的数学分析，它不是用简单的等幅脉冲对信号取样，而是用

41、开关脉冲序列形成一个近似的余弦波形，这样便不仅从时间上，而且从幅度上也都有着更严格的要求。简单的说，它是这样来实现的，它是把副载波38kHz的一个周期从时间上均分为14段，再从幅度上用8个幅度水平来近似模拟38kHz的余弦波形，这8个幅度水平分别由8个模拟开关对应各自的信号分压比，其导通顺序按照余弦波形要求以频率为532kHz的速率循环导通，最终形成如下信号：可见需要滤除的频率成份从数字频率合成方式的190kHz提高到1338494kHz，并且幅度相对要小得多，这样只需很简单的滤波器即可实现滤波。幅度的补偿相对很容易作到，因此经过严格设计、仔细调试后的“软”开关编码方式可以保证立体声分离度指标

42、在60dB以上，是目前最好的编码器方式。由于其计算、推导过程复杂，这里仅作此简单介绍。从以上四种编码方式可以看到一个趋势，由于第一种矩阵方式还建立在模拟元件上，因此便很早遭到淘汰，硬开关方式最初还是用分立器件制作的，随着数字集成电路的迅猛发展，可以很方便的搭建数字频率合成方式的编码器，它因成本低、性能较好而得到普遍使用。现在更有将编码电路系统集成的作法，使编码器的制造调试越来越简化。图1-15 14级软开关编码器的副载波波形三、调频激励器调频激励器的原理框图如下： 调频激励器是调频广播发射机中最重要的组成部分，也是相对独立的一个部分，可跟据不同的机型或用户的具体要求进行配置。广播发射机的电气性

43、能指标基本上都由激励器决定，因此激励器电性能指标的好坏，就决定了整机的电性能指标好坏。随着对广播节目质量的要求越来越高，近年来出现了数字调频激励器，它采用了最新的数字电路技术，调制信号就是全新的数字音频，通过内部全数字立体声编码器和调制器，使调频信噪比和立体声分离度、谐波失真等电性能指标有很大提高，但随之而来就是其价格也相当昂贵。对于要求很高的大功率发射机来说，可以选配高性能的数字调频激励器。对调频激励器而言，它的基本功能就是产生一个调频载波信号，并通过适当的功率放大作为激励信号，去推动调频广播发射机的末级功率放大器工作。所以它的激励输出功率一般为15W30W，因此，它本身就可以作为一台小型调

44、频广播发射机使用。无论是何种型号的调频激励器，它的基本组成部分都包括有：音频输入单元、立体声编码器、调频调制器、功放单元、监测/显示单元和供电系统等。音频输入单元的主要功能是对输入的音频信号进行预处理，以适应调频激励器输入的音频信号对载波信号调制的要求。它的主要电路包括有：音频输入阻抗选择、音频输入信号调整、预加重电路、限幅器电路、立体声/单声切换及SCA/RDS等双节目信号输入接口等。立体声编码器和调频调制器的原理在上节已作过介绍，在不同类型的调频激励器当中，这一部分具体的电路虽然各不相同，但工作的原理是一样的。掌握了原理后，对具体电路的理解就比较容易些。监测/显示单元部分，不同的产品在使用

45、方法上也是各不相同，有的产品其智能化程度较高，操作方便简单，容易掌握。主要的工作状态如频率、输出功率、音频信号大小、电压/电流等参数的显示也方便用户察看。相同之处就是作为调频激励器，它的主要技术参数指标都要符合国标GY/T 1692001米波调频广播发射机技术要求和测量方法的基本要求。下面是某型号调频激励器的主要技术参数：（以供参考）调频激励器主要技术参数1. RF频率范围 87MHz108MHz 步进10kHz2. 输出功率 0额定功率 连续可调3. 输出阻抗 504. RF输出连接器 N或L16 505. 残波辐射 1mW，并低于载波功率60dB6. 寄生调幅 -50dB（无调制）7. 载

46、频允许偏差 200Hz8. 频率稳定度 优于110-69. 调制频偏 75kHz(100%调制)，最大调制能力100kHz10. 音频输入电平 -10dBm+10dBm 步进1dBm11. 音频预加重 0s、50s、75s可选12. 频率响应 0.5dB （30Hz15000Hz 1kHz为基准）13. 左右声道电平差 0.5dB （30Hz15000Hz）14. 立体声分离度 45dB （30Hz15000Hz）15. 信噪比 70dB （1kHz， 100%调制） 16. 失真度 0.3%（30Hz15000Hz，100% 调制）17. 导频频率 19kHz0.1Hz18. 音频输入阻抗

47、600 平衡19. 电源电压 AC220V20% 50Hz/60Hz5Hz20. 机箱标准 19英寸21. 机箱尺寸 2U（500mm484mm88mm）22. 整机重量 13kg23. 温度范围 -10+4524. 相对湿度 95%25. 海拔高度 4500m其他技术指标满足GY/T 1692001米波调频广播发射机技术要求和测量方法目前使用较多的PTX-30/LCD型调频激励器是意大利RVR公司出品的一款性能较好、工作稳定、操作方便、价格适中的普及型激励器，它的发射频率可以在87.5108MHz范围内变动设定，步进为10KHz，操作很方便。末级功率放大是宽带设计，最大输出30W，因此激励器

48、需要更换频率和调整功率及各参数设置时，只需转动面板上的编码旋纽开关，其他部分则无需调整。作为调频立体声广播使用时，音频输入采用两路平衡输入（也可以从辅助输入端直接输入立体声复合信号），另外还备有数字音频输入和附加业务信道输入口，即SCA/RDS输入口，可满足多种发射的需要。 四、数字调频激励器模拟调制的调频激励器技术已经很成熟，但是受变容二极管特性的限制，模拟调制激励器的调制码速率较低、调制频偏较小、调制方式不可重组、单个系统调制频率不可改变，无法满足更高信号质量的需求。而数字调频激励器是从音频到射频全过程数字化信号处理的调频广播激励器，是基于软件无线电技术的数字调制广播发射机。采用可编程器件

49、可实现调制重组、兼容多种调制方式、调制频率可变、频偏可调，还可以与采编器合并，扩展性强。数字化通信具有抗干扰能力强、传输可靠性高、便于进行数字信号的存储和处理、易于集成化和微型化等优点，成为今后调频广播发射机的发展主流。目前数字调频激励器都采用了较新的数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列(FPGA)器件，针对立体声编码和频率调制的特点通过软件编程来实现调频广播的各种功能。FPGA是一种可由用户自行定义和配置的高容量的专用集成电路，由许多较小的逻辑单元组成内部阵列。随着集成技术的飞速发展，FPGA的规模越来越大，功能越来越好，已广泛地应用于广播通信领域。数字调频激励器可接入数字音频信号（A

50、ES/EBU）或模拟音频信号经A/D转换，对音频信号的处理、立体声编码均由DSP（数字信号处理器）来完成，而频率调制过程DSP控制DDS技术（直接数字频率合成器）来完成，实现了调制过程的全数字化。最后离散的数字调频波再经D/A转换后产生常规的调频载波信号，以供功率放大器放大到指定的功率输出。简称“DSP+DDS”技术。与模拟的调频激励器相比，所具有的优势明显：改善了音质，使调频广播的音质接近CD的水平。提高了广播发射机的可靠性，容易实现准确的远程监控和故障诊断。数字调频激励器的原理框图如下：模拟信号输入LR数字信号处理器（DSP）（数字滤波、数字延时、导频发生、立体声编码、数字预加重等）模数转

51、换（ADC）直接数字频率合成（DDS）（数字调频）AES/EBU接口电路数字信号输入带通滤波器电平调节及放大微处理器（MCU）电源电路功率放大器FM输出RS485/232接口液晶显示器低通滤波器数字调频激励器工作原理：图中可以看出激励器主要由音频信号输入单元、数字信号处理单元、数字调频调制及带通滤波单元、功率稳定放大及低通滤波单元、人机接口控制及通信单元以及电源电路单元等六大模块单元组成。音频信号输入单元负责接收模拟音频输入信号和数字音频（AES/EBU）输入信号，模拟音频信号经模数转换（A/D）成数字音频后送入DSP，而数字信号则直接送入DSP，由DSP决定选择哪种信号作为输入音频信号。数字

52、信号处理单元是本激励器的关键模块单元，其核心为一高性能550MHz数字信号处理器（DSP），该DSP在软件的控制下对输入的数字音频信号进行增益调整、数字滤波、数字预加重、数字导频发生、数字立体声编码后产生立体声复合信号码流，通过运算将此码流以调频方式调制到激励器基频码流上，从而形成数字调频码流信号，此码流被送入1000MHz直接数字频率合成器（DDS），形成调频射频信号。数字调频调制及带通滤波单元的核心部件为一直接数字频率合成器（DDS），它接收DSP输出的数字调频码流信号，通过内部的直接频率合成器形成数字调频射频信号，经内置数模转换器（D/A）形成模拟调频已调波信号，再经带通滤波器后得到纯净

53、的调频射频信号。功率稳定放大及低通滤波单元为一带闭环控制的反馈式（AGC）调频射频功率放大器及低通滤波电路。可确保输出功率在设定的功率上长期稳定运行。人机接口控制及通信单元采用一块高性能片上系统（SOC）微处理器完成激励器的人机接口、运行数据采集、报警保护、对外通信等功能。各种操作命令由键盘输入、由大屏幕液晶器和状态指示灯实时显示发射机工作状态。通过标准的RS-232串口通讯接口（或其他接口）与远程计算机进行数据交换，以实现遥控五、节目源的传送节目源的获得根据各电台的节目方式不同而采用多种形式，一般主要是解决好节目编播处到发射台发射机的输入这一段的节目传输。对于固定的工作模式，一般可采用电缆传

54、输，而对于现场直播等临时工作模式，可采用的手段则有多种，无线传输STL方式（转播车现场播出时采用小调频把节目传送到发射台）、采用卫星节目收转等，现在正在兴起用ISDN专用设备可获得非常理想的效果。但是不论采取哪种方式，对节目的电性能要求是相同的，即：1、要保证输入到发射机的信号电平大小符合要求，这样才能保证合适的调制度，使播出最为有效；2、使节目在制作、传输过程中引入的干扰噪声尽可能小；3、与发射机相连时，保证连接正确、阻抗正确和相位正确。假如阻抗不正确时，可能使调制度不足或影响音频指标，当左、右路平衡输入线相位接反时，普通单声接收机接收的和信号将会是左、右声道抵消后的差信号。另外需要指出的是，如果节目源是立体声复合信号，则可